固態電池爲什麽比锂電池好,中國固態電池技術到底處于什麽程度?

熊孩子愛科技 2024-05-12 13:34:34

自人類認識到電以來,就一直在想辦法産生電和儲蓄電。

人不可能都自帶一個發電機,因而可以隨時産生電力或儲存大量電力是科學家們一直在努力探索的目標。最早在1746年荷蘭萊頓大學的馬森布羅克發明了收集電荷的“萊頓瓶”,這實際是用電容來存儲靜電荷,“萊頓瓶”存電少而且放電快。

1780年,意大利解剖學家伽伐尼(Luigi Galvani)在做青蛙解剖時,發現了青蛙腿部的肌肉應激反應,他稱之爲“生物電”。其後科學家經過深入研究,發現實質是某種液與金屬起作用而産生的電流,從此拉開了“化學能”和電池技術的序幕。

電池發展到現在,锂電池因爲充放電性能極佳,廣泛應用于汽車、機器人的動力,可再生能源儲能,家用電器、手機、電腦等。其基本原理是:充電時,Li+從正極脫嵌,經過電解質嵌入負極,負極處于富锂狀態;放電時則相反。

固態電池與锂電池的主要區別就是,它們所用的電解質是固體還是液體。

因爲這種區別,導致了兩者之間性能巨大的差異。

液態電池的特點:

1.在陽極和陰極之間有一層隔膜,高電壓和大電流使得其有被擊穿的風險。而過度充電、撞擊、進水、高溫等等情況會讓這種風險無限放大。

2.電池溫度過高,電解液會氣化分解,最後導致燃燒甚至爆炸。

3.而在低溫時,電解液粘度變高甚至凍結,其電導率會急劇下降,從而使電池性能變得極差。

固態電池因爲是固體,從而不存在液態電池上述三個問題。

液態電池爲了保證安全性的結構設計,電解液和隔膜這兩大塊加起來的體積就占了電池的40%左右。固態電池可以把密度更大的電解質塞進去代替電解液和隔膜,使得正負極之間的距離縮短到10微米左右。這就極大的減小了其體積,而因能量密度可以得到極大的提高。

因爲這些優點,固態電池可以輕松讓電動汽車續航裏程超過1000公裏,並且提高安全性。

目前主要是電解質的區別,有三條技術路線,分別是:聚合物固態電池、氧化物固態電池、硫化物固態電池。這三條技術路還沒有哪條占上風,各有優缺點,我國進軍固態電池的企業基本是三路齊發。

1.聚合物電解質是最簡單的,而且很多生産環節都可以與現在的電解液設備共用,現在小規模生産的主要是這種。缺點是導電率和穩定性都不算好,可能是用來過渡吧!

2.氧化物電解質沒有明顯的缺點和優點,各項指標都比較均衡。

3.硫化物電解質的導電率非常高,是所有公司未來都要預備的技術。缺點就是工藝太複雜,發生意外會産生有毒的硫化物氣體,電極界面不太穩定容易形成比較高的阻抗。

現在全球都在布局固態電池,各國的技術水平都差不了太多,主要還是技術都不成熟!

1.日本起步較早,底子較厚。主要有日本汽車企業在參與,如豐田、本田、日産、松下,都走的硫化物電解質技術路線。因爲主要是汽車企業參與研發,在性能匹配度上面比我們要快一些。

2.歐美主要是車企和中小型技術公司合作,但是他們的電池産業鏈沒有中國完善,未來掉隊的概率較大。其技術路線主要是聚合物電解質,已經開始商業化,但性能還不如我國的液態锂電池。

3.韓國也有研究,但參與企業很少,只是聊勝于無。LG和三星看似厲害,但內部問題很嚴重。

4.現階段我國聲稱具有固態電池技術的企業,實際都是“固液混合電池”,並不是真正的固態電池,主要走氧化物電解質技術路線。氧化物機械性能好,但硬度高,電解質之間有很多微小間隙,使得電導率差,爲了解決這個問題,國內企業注入了一點電解液來填補間隙。

中國參與的企業非常多,甯德時代相對比較低調,生産的主要還是“半固態電池”,其生産的“凝聚態電池”(也是半固態)已經用于飛機上。

現在因內大部分企業公開的全固態生産計劃是在2027年~2030年量産,相對于日本多次發布量産計劃又多次推遲,中國有可能在量産階段早于日本。

大家拭目以待吧!

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