固態電池突破的希望在哪[朗讀]

為了提供更便宜、更安全且能夠一次充電行駛800公里的電動汽車，汽車行業需要在電池技術方面取得突破。
但是，說起來容易做起來難。
日本、中國和美國的科學家正在努力破解如何顯著提高電池存儲能力，並使ev的行駛里程與汽油車相近的密碼。
不少人將希望放在固態電池技術身上。這是電池內部架構的徹底改造，使用固體材料代替易燃液體來實現充電和放電。該技術有望對現有的鋰離子電池組進行重大改進。現有鋰電池的存儲能力正接近瓶頸，並且可能永遠無法為長距離續航的車型提供足夠的電。
如果能夠掌握，固態電池技術將加速內燃機汽車的滅亡，並可將電動汽車的充電時間從多達幾個小時削減至10分鐘左右。
「除了固態電池技術，我們看不到其他實現的方式，」福特汽車能源存儲戰略及研究總部負責人ted miller：「我現在無法預測的是，誰將把它商業化。」。
固態電池多久可以商業化？
商業化的賭注是巨大的，也足夠誘人。
隨著電動汽車的大規模應用，鋰離子電池呈現出指數級增長的趨勢。bloombergnef的最新報告發現，電動公交車和乘用車在2017年的鋰離子電池需求量為44千兆瓦時，到2030年，預計需求量將超過每年1,500千兆瓦時。根據瑞銀集團（ubs group ag）的數據，任何具有超過現有鋰離子技術的固態電池都可在電動車電池的市場中占據優勢。到2025年車載鋰電池市場規模將達到約840億美元，而現在約為230億美元。
當前，性能最佳的固態電池僅足以支撐一座汽車橫穿富士山附近的豐田汽車停車場。
不少企業、高校已參與到固態電池的研發中，如戴姆勒、菲斯科、中國鋰電巨頭、法國石油公司道達爾以及麻省理工大學和史丹福大學的衍生企業。菲斯科最早可能會在今年進行車輛測試，而豐田和戴姆勒的時間表可延伸至2020年。
鋰離子電池技術在運用於電動汽車和能源儲存之前，已在行動電話和個人電子產品上被使用了數十年。它使用液體電解質供離子在陽極和陰極之間來回穿梭，以對電池充電或放電。顧名思義，固態電池用固體材料，如陶瓷、玻璃或聚合物，代替這種液體。
固態電池技術可以降低電池爆炸的風險，減薄電芯，允許在汽車座椅下安裝體積更小的電池pack。研究人員還希望將固體電解質與鋰金屬陽極配對，以提高能量密度，使電動汽車能夠長距離行駛。這可能有助於消除消費者對中途電量耗盡的擔憂，從而提振電動汽車的銷量。
要實現這一切，需要解決一系列難題。當前的固態原型電池壽命對於車輛而言還太短，並且導電性差，成本不具競爭性，以及在充電或放電時會出現劇烈膨脹和材料收縮的情況。日本鋰離子電池技術與評估中心聯盟（libtec）常務董事yasuo ishiguro直言，當科學家解決一個問題時，通常會加劇另一個問題的產生。但問題並沒有阻止企業的研發。包括豐田、松下、日產在內的25家企業聯合起來，在政府9,000萬美元的資助下，正加快研發固態電池的進度。三星sdi、ski、現代汽車也正在研究這項技術。
國內，青島能源研究所將在兩年內把固態電池裝車，進行測試，並在2025年之前考慮商用產品。最大的電池生產商寧德時代面向新電池的研究中包括固態電池。
「乘用車領域，我們應該在21世紀20年代初期看到固態電池原型，」戴姆勒電池研究主管andreas hintennach認為。這家汽車製造商上個月剛訂購了一批到2030年前價值230億美元的鋰離子電池。
大眾汽車公司計劃最快在2022年與合作夥伴quantumscape開始試生產固態電池。
然而，考慮到固態電池應用的難度，這些時間表可能都太樂觀了。「這是一個殘酷的戰場，至今無人靠近，」 cairn energy research advisors總經理sam jaffe
bnef分析師james frith表示，大概到20年代末固態電池才會被商業化。即使到那時，它們仍然非常昂貴。
特斯拉表示，它經常與開發人員交談，並審查固態電池原型，但尚未看到一種比現有鋰離子電池更好的技術。「我們已經很努力了，」首席技術官jb straubel在6月份的年度會議上指出：「但我們還沒有發現更佳選擇。」。
特斯拉供應商松下表示，它將繼續研究固態技術，儘管在商業化成為可能之前還存在「許多障礙」。
突破希望在豐田？
根據競爭對手、學界和專利數據，固態電池技術實現突破的最大希望在豐田身上。
根據彭博社的tommy shen分析，豐田至少擁有233項關於固態電池的專利或申請，幾乎是其直接競爭對手數量的三倍。該公司計劃在其電池業務上投資1.5萬億日元（約合139億美元）。而且，根據其去年10月份發布的年度報告，它計劃在21世紀20年代初將固態技術商業化。
在過去十年中，豐田在東富士研究中心部署多達200名員工，開發這項技術。該公司已經取得了一定進展，例如在數字鐘錶、兩輪摩托車和傳送帶中使用固態電池提供動力。隨后豐田將在其單座低速汽車coms的改裝版本中測試了該技術。
福特miller表示，隨著許多電動車電池製造商專注於提升產量和降低成本，豐田的主要挑戰反而是來自於美國的新創公司。這也是大眾汽車去年投資1億美元來增持quantumscape股份的原因之一。雙方合作目標是使quantumscape正在開發中的全固態電池在2025年前實現量產化。
雷諾-日產-三菱聯盟則資助了位於馬塞諸州的ionic materials inc.。寶馬在2017年12月份與總部位於科羅拉多州的電池公司solid power建立了合作夥伴關係。後者執行長doug campbell表示，他相信固態技術在汽車領域具有商業可行性。只不過還需要再過5到10年。
從某種意義上講，汽車的演變歷史就是電池的進化過程。若論起源，電動汽車也已經有了180多年的歷史，出現時間與燃油車不相上下。可鉛酸電池、鎳氫電池均未使電動汽車的地位有所突破。直至磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池的升級才使得部分消費者逐步接受電動汽車。
若固態電池商用化，電動汽車將加速取代內燃機車的步伐。誰率先掌握這項技術，也將在未來競爭格局中握有更大的話語權。