鉅大LARGE | 點擊量:840次 | 2020年03月30日
替換鋰離子電池,我們還要多長時間?
在過去的30年中,來自動靜公司越來越接近更換引領(lǐng)了消費電子革命的電池。
固態(tài)電池有望比當(dāng)今消費電子產(chǎn)品中的常規(guī)鋰離子電池更緊湊,功能更強大。在日本,每月要生產(chǎn)數(shù)千個固態(tài)電池,并且有幾家公司計劃在今年開始批量生產(chǎn)。
他們的最終目標(biāo)是將新電池投入到智能手機(jī)和電動汽車中。但目前看來,它們的價格太高了,同時還沒有經(jīng)過這些用途的驗證,但是據(jù)TDK公司介紹,他們生產(chǎn)的固態(tài)電池已經(jīng)用到了打印機(jī)和電表上。
TDK固態(tài)電池項目負(fù)責(zé)人MasihiroOishi表示,隨著對小型儲能設(shè)備的需求不斷上升,我們必須迅速提高產(chǎn)量才能滿足客戶需求。
數(shù)十年以前,另一種電池的發(fā)展(鋰離子電池的發(fā)明)推動了緊湊,功能強大的電子設(shè)備的出現(xiàn)。索尼公司(SonyCorp.)于1991年推出了第一款產(chǎn)品,而其基礎(chǔ)是美國和日本科學(xué)家在過去幾十年中獲得諾貝爾獎。
如今,鋰離子電池在智能手機(jī)中無處不在,并在電動汽車和蓄電設(shè)備中扮演越來越重要的角色。但是,他們越來越難跟上他們所供電設(shè)備的需求,所有擁有電池容量快速下降智能手機(jī)的人都可以證明這一點。
當(dāng)鋰離子電池首次問世時,與過去相比,它們確實是出色的電池。但是,這已經(jīng)過去了30年,我們必須考慮我們是否對其還真正感到滿意,東京工業(yè)大學(xué)的教授RyojiKanno說道,他自1980年代以來一直在研究電池材料。
村田制作所已開發(fā)出一種固態(tài)電池,旨在用于耳機(jī)等小型可穿戴設(shè)備,該電池計劃于今年投入量產(chǎn)。
理想的最終目標(biāo)是更換手機(jī)中現(xiàn)有的鋰離子電池,村田孝夫(NorataNakajima)說,他是村田公司的一位高管,并將于今年六月成為該公司的總裁。
固態(tài)電池中的固態(tài)是指電解質(zhì),即帶電離子流過的電池端子之間的物質(zhì)。在通常的鋰離子電池中,電解質(zhì)是液體。它可能會泄漏或著火,這是困擾某些智能手機(jī)的問題。
自1970年代以來,心臟起搏器就已經(jīng)使用了固態(tài)電池的早期版本,但是在過去十年中已經(jīng)出現(xiàn)了在功率需求更大的設(shè)備中使用固態(tài)電池的想法。2011年,Kanno教授及其團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了一種固態(tài)玻璃狀材料,其導(dǎo)電電位與現(xiàn)有的液體電解質(zhì)相同。Kanno先生說:直到這一次,可能沒人能想到這是可能的。
除了減少著火的危險外,固體電解質(zhì)還可以使陽極(電池兩個端子之一)由鋰金屬制成,而不是由目前的標(biāo)準(zhǔn)石墨制成。英國電池研究所法拉第研究所(FaradayInstitution)稱,與石墨相比,鋰金屬可以容納更多的電子,因此固態(tài)電池在相同的體積中可以包含多達(dá)60%的能量。
這項技術(shù)并不是唯一一項能夠吸引研究資金的技術(shù)。一些電池生產(chǎn)商正在使用凝膠狀電解質(zhì)來提高安全性,或者嘗試在電池中嘗試使用相對便宜的金屬(例如鋅)代替鋰。
關(guān)于固態(tài)電池,關(guān)鍵在于如何廉價地制造一種足以放入電話中的電池。村田制作所的Nakajima先生說:與傳統(tǒng)的鋰技術(shù)相比,固態(tài)鋰離子電池的規(guī)模效率尚未得到發(fā)展。他的一位工程師說,公司可能要兩到三年的時間才能將智能手機(jī)大小的固態(tài)電池投入批量生產(chǎn)。
能源咨詢公司W(wǎng)oodMackenzie的電池原材料研究分析師MilanThakore表示,與石墨相比,金屬鋰的產(chǎn)量仍然微不足道。他說:直到我們看到制造和供應(yīng)鏈規(guī)模擴(kuò)大之前,它仍然是2030年的技術(shù)。
但固態(tài)電池仍以較小的尺寸和數(shù)量開始開始商業(yè)化生產(chǎn)。
TDK固態(tài)項目負(fù)責(zé)人Oishi先生說,TDK每月生產(chǎn)約30,000個固態(tài)電池,并計劃在一年內(nèi)將產(chǎn)量提高到每月100,000個。
村田制作所已開發(fā)出一種固態(tài)電池,該電池計劃于今年投入批量生產(chǎn)。
最終的愿望是做出由固態(tài)電池供電的電動汽車。這將簡化用于液體電解質(zhì)電池的笨重的冷卻系統(tǒng),從而使汽車更輕便,功能更強大。
盡管手機(jī)部件重要是東亞的據(jù)點,但汽車研究涉及一些美國初創(chuàng)公司。總部位于科羅拉多州的初創(chuàng)公司SolidPower已獲得2000萬美元的融資,他們正在與福特汽車公司合作。SolidPower首席執(zhí)行官DougCampbell表示,其手機(jī)大小的電池在能量密度和安全性能方面都超過了現(xiàn)有的鋰離子電池。
在日本,豐田汽車公司(ToyotaMotorCorp.)和電池制造商松下公司(PanasonicCorp.)已加入一個政府附屬的技術(shù)組織,該項目旨在生產(chǎn)用于電動汽車的固態(tài)電池的研發(fā)。
該技術(shù)組織的KeiHosoi說,該項目旨在制造一種電池,其能量密度是現(xiàn)有鋰離子電池的三倍,但成本僅為其三分之一。自2018年成立以來,該集團(tuán)正朝著實現(xiàn)能源目標(biāo)邁進(jìn),但成本目標(biāo)仍然遙遙無期。
目前,我們可以將固態(tài)電池推向市場,這與日產(chǎn)Leaf十分相似。這是一款使用傳統(tǒng)鋰離子電池的電動汽車。細(xì)井先生說。但他說,除非價格便宜,否則我們認(rèn)為我們無法打入市場。