電(diàn)力的發現改變了世界，催生了一系列讓人們的生活更安(ān)全、更健康、更高效、更惬意的發明。而電(diàn)池則将這一發現推向了新(xīn)高度，為(wèi)人們提供了一種儲存電(diàn)力并用(yòng)以驅動移動設備的方式。

目前，锂離子電(diàn)池在市場上占據主導地位，但更安(ān)全、容量更高的固态電(diàn)池可(kě)能(néng)會成為(wèi)未來世界的動力源泉，甚至可(kě)能(néng)幫助人類擺脫氣候變化帶來的影響。

作(zuò)為(wèi)下一代CeraCharge材料開發的固态電(diàn)池單體(tǐ)。圖片來源：TDK官網

從小(xiǎo)型電(diàn)池入手

目前，已有少數小(xiǎo)型固态電(diàn)池在某些手表和醫(yī)療植入物(wù)中投入使用(yòng)。

日本電(diàn)子制造商TDK宣布已成功研發出新(xīn)版CeraCharge固态電(diàn)池。其單元體(tǐ)積能(néng)量密度高達每升1000瓦時，約為(wèi)TDK傳統固态電(diàn)池能(néng)量密度的100倍。TDK并未透露太多(duō)關于該電(diàn)池專有技(jì )術的細節，但已表明其采用(yòng)了锂合金陽極和基于氧化物(wù)的固态電(diàn)解質(zhì)，這使其“極為(wèi)安(ān)全”。

新(xīn)版CeraCharge電(diàn)池的儲能(néng)能(néng)力預示着，更長(cháng)續航或更緊湊設計即将成為(wèi)現實。此外，這款電(diàn)池有望成為(wèi)能(néng)量密度高的一次性紐扣電(diàn)池的可(kě)充電(diàn)替代品。

TDK初步規劃将該電(diàn)池應用(yòng)于無線(xiàn)耳機、助聽器及智能(néng)手表等小(xiǎo)型電(diàn)子産品，同時表達了向智能(néng)手機等更廣闊市場進軍的願望。

“随着電(diàn)池面積的增加，制造均勻且高密度的結構變得越來越困難，這會導緻出現裂紋和變形等結構缺陷。”TDK能(néng)源開發部科(kē)長(cháng)佐藤宏司表示，“TDK計劃先從小(xiǎo)型電(diàn)池入手，積累生産和實踐經驗，再逐步探索大型電(diàn)池的商業化潛力。”

逐步邁向産業化

當前，盡管锂離子電(diàn)池在成本效益與性能(néng)上取得了顯著進步，但其充電(diàn)時長(cháng)限制、續航裏程焦慮及安(ān)全隐憂仍成為(wèi)阻礙電(diàn)動汽車(chē)全面替代内燃機汽車(chē)的關鍵障礙。在此背景下，固态電(diàn)池作(zuò)為(wèi)電(diàn)動汽車(chē)技(jì )術革新(xīn)的利器，正從研發階段逐步邁向産業化。

2023年，豐田攜手日本能(néng)源公司出光興産，宣布将于2027年至2028年啓動固态電(diàn)池生産。

同樣看好固态電(diàn)池的還有梅賽德(dé)斯-奔馳公司。該公司認為(wèi)，固态汽車(chē)電(diàn)池可(kě)提供的續航裏程幾乎是锂離子電(diàn)池的兩倍，他(tā)們計劃在2030年前将這種電(diàn)池投入量産。

最近，大衆汽車(chē)旗下電(diàn)池公司PowerCo與美國(guó)全固态電(diàn)池開發商QuantumScape達成戰略合作(zuò)，引入固态锂金屬電(diàn)池技(jì )術，旨在每年生産滿足多(duō)達100萬輛電(diàn)動汽車(chē)所需的電(diàn)池。

QuantumScape的獨特技(jì )術結合了固體(tǐ)與液體(tǐ)電(diàn)解質(zhì)，有效規避了枝晶問題，并有望将電(diàn)動汽車(chē)的續航裏程從現有的500多(duō)公裏提升至800公裏，這将進一步推動固态電(diàn)池技(jì )術的商業化進程。

為(wèi)電(diàn)網儲能(néng)助力

當前，锂離子電(diàn)池是電(diàn)池儲能(néng)系統的核心，但固态電(diàn)池以其卓越的安(ān)全性、更長(cháng)的循環壽命及更高的能(néng)量密度，被視為(wèi)潛在的更優解。不過，固态電(diàn)池的大規模應用(yòng)尚需克服大尺寸電(diàn)池制造成本高與工藝複雜等難題。

美國(guó)蜻蜓能(néng)源公司是嘗試解決這一問題的公司之一。2023年，該公司獲得了一項制造技(jì )術專利，有望為(wèi)電(diàn)網儲能(néng)領域固态電(diàn)池的制造掃除技(jì )術障礙。與此同時，美國(guó)電(diàn)池制造商ION存儲系統公司已于今年4月啓動新(xīn)工廠，專注于生産采用(yòng)陶瓷電(diàn)解質(zhì)和锂金屬陽極的固态電(diàn)池，滿足電(diàn)網存儲、電(diàn)動汽車(chē)等多(duō)個領域需求。其目标是到2028年将産能(néng)擴大到0.5吉瓦時。

材料形态多(duō)樣化

盡管配備固态電(diàn)池的電(diàn)動汽車(chē)可(kě)能(néng)還需要幾年時間才能(néng)實現大規模商業化，甚至可(kě)能(néng)需要更長(cháng)時間才能(néng)助力構建清潔電(diàn)力網絡，但這項技(jì )術從科(kē)研象牙塔穩步邁向工業化令人鼓舞。

今年1月，美國(guó)哈佛大學(xué)研究人員推出了一種陽極中含有矽的固态電(diàn)池，該電(diàn)池可(kě)在10分(fēn)鍾内完成充電(diàn)。7月底，丹麥研究人員報告稱，他(tā)們開發了一種由岩石中發現的礦物(wù)質(zhì)制成的無锂固态電(diàn)池，其固态電(diàn)解質(zhì)材料廉價、高效、環保，性能(néng)比固态锂基電(diàn)解質(zhì)更好。

隻要創新(xīn)浪潮持續湧動，未來的世界将見證固态電(diàn)池技(jì )術以多(duō)樣化的材料形态，賦予電(diàn)動汽車(chē)更持久的“生命力”、馳騁更遠(yuǎn)的征途，更将助力電(diàn)網實現前所未有的清潔與穩定，引領人類邁向一個更加綠色、高效的能(néng)源新(xīn)時代。

來源：科(kē)技(jì )日報

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