自人类认识到电以来,就一直在想办法产生电和储蓄电。
人不可能都自带一个发电机,因而可以随时产生电力或储存大量电力是科学家们一直在努力探索的目标。最早在1746年荷兰莱顿大学的马森布罗克发明了收集电荷的“莱顿瓶”,这实际是用电容来存储静电荷,“莱顿瓶”存电少而且放电快。
1780年,意大利解剖学家伽伐尼(Luigi Galvani)在做青蛙解剖时,发现了青蛙腿部的肌肉应激反应,他称之为“生物电”。其后科学家经过深入研究,发现实质是某种液与金属起作用而产生的电流,从此拉开了“化学能”和电池技术的序幕。
电池发展到现在,锂电池因为充放电性能极佳,广泛应用于汽车、机器人的动力,可再生能源储能,家用电器、手机、电脑等。其基本原理是:充电时,Li+从正极脱嵌,经过电解质嵌入负极,负极处于富锂状态;放电时则相反。
固态电池与锂电池的主要区别就是,它们所用的电解质是固体还是液体。
因为这种区别,导致了两者之间性能巨大的差异。
液态电池的特点:
1.在阳极和阴极之间有一层隔膜,高电压和大电流使得其有被击穿的风险。而过度充电、撞击、进水、高温等等情况会让这种风险无限放大。
2.电池温度过高,电解液会气化分解,最后导致燃烧甚至爆炸。
3.而在低温时,电解液粘度变高甚至冻结,其电导率会急剧下降,从而使电池性能变得极差。
固态电池因为是固体,从而不存在液态电池上述三个问题。
液态电池为了保证安全性的结构设计,电解液和隔膜这两大块加起来的体积就占了电池的40%左右。固态电池可以把密度更大的电解质塞进去代替电解液和隔膜,使得正负极之间的距离缩短到10微米左右。这就极大的减小了其体积,而因能量密度可以得到极大的提高。
因为这些优点,固态电池可以轻松让电动汽车续航里程超过1000公里,并且提高安全性。
目前主要是电解质的区别,有三条技术路线,分别是:聚合物固态电池、氧化物固态电池、硫化物固态电池。这三条技术路还没有哪条占上风,各有优缺点,我国进军固态电池的企业基本是三路齐发。
1.聚合物电解质是最简单的,而且很多生产环节都可以与现在的电解液设备共用,现在小规模生产的主要是这种。缺点是导电率和稳定性都不算好,可能是用来过渡吧!
2.氧化物电解质没有明显的缺点和优点,各项指标都比较均衡。
3.硫化物电解质的导电率非常高,是所有公司未来都要预备的技术。缺点就是工艺太复杂,发生意外会产生有毒的硫化物气体,电极界面不太稳定容易形成比较高的阻抗。
现在全球都在布局固态电池,各国的技术水平都差不了太多,主要还是技术都不成熟!
1.日本起步较早,底子较厚。主要有日本汽车企业在参与,如丰田、本田、日产、松下,都走的硫化物电解质技术路线。因为主要是汽车企业参与研发,在性能匹配度上面比我们要快一些。
2.欧美主要是车企和中小型技术公司合作,但是他们的电池产业链没有中国完善,未来掉队的概率较大。其技术路线主要是聚合物电解质,已经开始商业化,但性能还不如我国的液态锂电池。
3.韩国也有研究,但参与企业很少,只是聊胜于无。LG和三星看似厉害,但内部问题很严重。
4.现阶段我国声称具有固态电池技术的企业,实际都是“固液混合电池”,并不是真正的固态电池,主要走氧化物电解质技术路线。氧化物机械性能好,但硬度高,电解质之间有很多微小间隙,使得电导率差,为了解决这个问题,国内企业注入了一点电解液来填补间隙。
中国参与的企业非常多,宁德时代相对比较低调,生产的主要还是“半固态电池”,其生产的“凝聚态电池”(也是半固态)已经用于飞机上。
现在因内大部分企业公开的全固态生产计划是在2027年~2030年量产,相对于日本多次发布量产计划又多次推迟,中国有可能在量产阶段早于日本。
大家拭目以待吧!
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