新一代电池花落谁家
该小组尝试将碳棒换为昂贵的纳米金阴极,将阴极反应液换成更不容易参与阴极反应的有机液体。并声称获得"充放电高达数百次而性能下降不明显"的锂空气电池。但距离商用化,仍然有"很长的路要走"。
为了避免负极产生枝晶,即锂离子在负极表面无序生长,需要加强捕获锂离子的手段。微宏公司也声称采用"多孔复合碳"作为负极材料,比表面积是传统石墨的20倍以上,使锂离子稳定快速地迁移。
石墨烯
既然电池的正负极表面材料和结构大有讲究,为什么不利用近来突飞猛进的纳米技术,用各种纳米线、管、球、碗设计精细有序的表面结构呢?
石墨烯就是其中的大新闻。尽管人们普遍对此怀有疑虑,因为声称以石墨烯为原料的锂电池能量密度高达600wh/kg,是传统动力锂电池的5倍。一度有人将石墨烯技术当做解决新能源车续航问题的终极方案。可惜,谁也没有在可控成本上复制试验室成果。
单层或者2层石墨烯确实很神奇:最薄、最坚硬、最导热、最导电,简直就是上帝赋予的材料。但只是看上去很美。
韩国研发石墨烯超级电容电动汽车充电只需4分钟
"接近完美"的石墨烯成本非常高昂,在2010年左右每克几千元的售价,做成电池谁买?现在有公司声称将石墨烯的成本降低10倍,但仍然太贵。
即便不考虑成本,石墨烯很难分离到"完美"的1、2层,现有几种方法分离出的石墨烯,充满着官能团和瑕疵,层数不一,电化学性能远不尽人意。
有人提出,像撒芝麻一样,在导电剂中掺点石墨烯。但马上就有唱反调的人站出来说,石墨烯做导电剂分散性,还不如廉价的碳家族兄弟。石墨烯很容易把从正极出发的锂离子通道给堵死,反映到宏观层面,就是这种电池充一两次电之后就废了。
石墨烯做负极,理论上最多是石墨负极两倍的容量,而硅做负极的理论容量近石墨的10倍,石墨烯就是成本低了也玩不过人家。事实上如果只考虑能量密度的话,金属锡更适合作为负极材料。但到现在为止也就索尼推出过"锡电池"(Sonynexelion14430W1)。但是,锡电池的名气远不如还未做出成品的石墨烯电池。
固态电池
电解液只为了电子有序迁移提供通路,本身并不能蓄能。如果没有电解液,岂不能提高能量密度?能量载体的物质密度,固体》液体》气体。这是很容易理解的。
丰田在2010年展示出的固态电池技术
支持全固态电池的厂商声称,他们研发的对象规避了液态电池的种种弊端。作为技术关键,固态电池传递电荷的介质(电介质)是各家电池公司的饭碗。尽管理论上可用氧化物、硫化物、氮化物作为固态电解质材料,但无法实现液态电池那样的传导率。德国马克思普朗克研究所开发的一种包含锂、锗、磷、硫的化合物,传导率空前地高,但仍未能达到液态电池的水平。
所有固态电池厂家心知肚明的是,电池阴极和固态电解质之间的转移电阻过高,致使固态电池的功率密度还很低。同时,制造电池(其实是固态电介质)成本还非常高,因此距离商业化还有很长的路要走。
作为新能源技术领头羊的丰田存在同样的苦恼。公司高管必须做出决定,选择看起来靠谱的那一个技术方向。在2010年,丰田推出了续航力达1000公里的电动车,用的就是固态电池技术。丰田还畅想在2020年将该技术商用化。但很快,丰田就将资金砸向氢燃料电池技术,围绕氢制备和存储,建立了庞大的专利群。丰田的宣传机器转而宣传"美好氢时代"。
日本"超级电池"容量可达锂离子电池7倍
丰田从电动转向"氢动",鉴于丰田的地位,此举直接打击了固态电池产业。一时间,几乎所有厂家都本能地对固态电池持谨慎态度。当丰田莫名其转向时,有些整车厂甚至还没有搞清楚,固态电池的瓶颈到底在哪里。
曾得到巴斯夫和通用投资的创业公司Sakti3,声称研发出拥有1100WH/L的能量密度的固态电池——相当于主流锂电池的4倍。Sakti3预测,固态电池电池的成本将"很快"降低至100美元/千瓦时。
而丰田曾公开表示,"在克服技术障碍的前提下",全固态电池在2025年可以实现商业化,比锂空气电池早5年。但随后丰田很快发现,"技术障碍"是如此地强大,足以阻碍固态电池的技术前进脚步。丰田选择了另一条道路,所谓的"2025年固态电池"再也没有被提及。
让所有创业公司迷惑、新能源整车厂家谨慎的是,眼下不存在竞争优胜者。5年内新能源汽车未来的产值将达到整个汽车工业的10%。在不能产生新王者的局面下,庞大的产值仍然依靠我们今天熟悉的锂电池产业。有明确商业价值的新一代电池,会诞生在我们已经提到的这些技术方案之中吗?这是一个大概率事件。毕竟选择就那么
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