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第一財經(jīng)日報 楊海艷 本月中旬，真空吸塵器的發(fā)明者、英國戴森公司(Dyson)創(chuàng )始人詹姆斯·戴森將其首筆1500萬(wàn)美元的投資投向了固態(tài)電池公司Sakti3，后者是一家成立于2007年的電池創(chuàng )業(yè)公司。 據戴森表示，Sakti3目前研發(fā)出的固態(tài)電池將擁有1100WH/L的能量密度。不僅是戴森，在過(guò)去的幾年里，這家名為Sakti3的公司還收到過(guò)來(lái)自通用等多家企業(yè)的投資。 液態(tài)電池續航遇瓶頸 從1991年索尼公司將含有液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池帶入電子設備的應用至今，液態(tài)鋰電池已經(jīng)成為目前最為成熟、使用最廣泛的技術(shù)路線(xiàn)之一，但在詹姆斯·戴森看來(lái)，“如今的電池技術(shù)已經(jīng)遇到一定的瓶頸”。 比如還沒(méi)上市的AppleWatch就被吐槽。12.8萬(wàn)元的“土豪”價(jià)背后，被大眾認為最應提升的電池續航并沒(méi)有大幅突破，僅有18個(gè)小時(shí)�！斑@價(jià)格這續航，只能說(shuō)買(mǎi)的就是情懷……”網(wǎng)友如是表示，“用買(mǎi)輛車(chē)的價(jià)格去買(mǎi)塊表，醉了，而且每天都要充電哦�！� 其實(shí)，不僅是可穿戴設備，包括智能家居，以及此前風(fēng)靡一時(shí)的新能源車(chē)新秀特斯拉(Tesla)，都正因電池續航的瓶頸而遭受質(zhì)疑。近兩三年來(lái)，從硅谷走出來(lái)的車(chē)壇新秀Tesla可謂出盡風(fēng)頭。時(shí)尚大氣的外形設計、科技感十足的內飾，而其不燒油、零排放的優(yōu)勢更被認作為未來(lái)汽車(chē)行業(yè)的出路之一。但短短一年多時(shí)間，特斯拉已經(jīng)從人人膜拜的神壇上走了下來(lái)。雖說(shuō)其外形夠拉風(fēng)，環(huán)保概念也夠時(shí)尚，但即便續航里程達到了無(wú)車(chē)能及的500KM，電池電量一旦耗盡，也還真是寸步難行�？墒�，Tesla創(chuàng )始人及CEO馬斯克也很無(wú)辜，電池續航里程不足是業(yè)界都無(wú)法解決的首要難題，再說(shuō)在所有的新能源車(chē)中，特斯拉在續航里程上已經(jīng)是冠軍了。 或許，如今阻礙電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最重要的問(wèn)題之一，不是產(chǎn)品本身技術(shù)，而是電池續航里程的提升。那么，為什么不能讓液態(tài)鋰電池的續航里程更長(cháng)？ 國內某新能源生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)人員告訴《第一財經(jīng)日報》記者，電池續航里程的長(cháng)短在很大程度上取決于電池儲能能力即單位體積的能量密度。要提高電池的單位能量密度，一是提高工作電壓，二是提高電極材料的能量密度。當工作電壓只能在固定區域內，要提升電池能量密度，只能依靠對電極材料的能量密度提升。也就是說(shuō)，鋰電池的發(fā)展遵循“一代材料，一代電池”的規律�，F有鋰電池正極材料一般有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，而負極材料一般為石墨、硬/軟碳、鈦酸鋰以及合金負極材料，這些材料的可挖掘空間已經(jīng)并不大。 也就是說(shuō)，要大幅提升鋰電池的續航里程，除非在電極材料上能找到新的替代品。 固態(tài)電池的創(chuàng )新可能 不過(guò)，既然液態(tài)鋰電池的能量密度暫未能獲得大幅提升，那么，有別的更具優(yōu)勢的電池技術(shù)可以替代它嗎？ 據彭博社報道稱(chēng)，大眾汽車(chē)CEO馬丁·文德恩(MartinWinterkorn)日前就在斯圖加特舉行的一個(gè)新聞發(fā)布會(huì )上表示，大眾汽車(chē)計劃在今年上半年作出決定，是否將美國初創(chuàng )企業(yè)QuantumScape正在開(kāi)發(fā)的新電池技術(shù)用于大眾的電動(dòng)汽車(chē)上。 如果采用上述固態(tài)電池技術(shù)，大眾電動(dòng)汽車(chē)的續航里程將達到700公里，超過(guò)特斯拉ModelS以及現有的所有新能源汽車(chē)�；蛟S正因如此，早在2014年12月，大眾汽車(chē)公司收購了上述QuantumScape公司約5%的股權。 其實(shí)，不只是大眾。早在2010年，豐田就曾推出過(guò)續航里程可超過(guò)1000KM的固態(tài)電池。而包括QuantumScape以及Sakti3所做的努力也都是在試圖用固態(tài)電池來(lái)取代傳統的液態(tài)鋰電池。 傳統的液態(tài)鋰電池又被科學(xué)家們形象地稱(chēng)為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為電解質(zhì)(液態(tài))。而鋰離子就像優(yōu)秀的運動(dòng)員，在搖椅的兩端來(lái)回奔跑，在鋰離子從正極到負極再到正極的運動(dòng)過(guò)程中，電池的充放電過(guò)程便完成了。固態(tài)電池的原理與之相同，只不過(guò)其電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。因此，同樣的電量，固態(tài)電池體積將變得更小。不僅如此，固態(tài)電池中由于沒(méi)有電解液，封存將會(huì )變得更加容易，在汽車(chē)等大型設備上使用時(shí)，也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。 據其官方稱(chēng)，Sakti3已制造出能量密度達1100瓦時(shí)/升的電池，這一能量密度幾乎是目前鋰離子電池的2倍。美國佛羅里達大學(xué)的電池專(zhuān)家、材料科學(xué)教授凱文·瓊斯(KevinJones)認為：如果電池蓄電量能像Sakti3提出的那樣多，那么電動(dòng)汽車(chē)的購買(mǎi)和使用成本就有可能與普通汽車(chē)相同。 而且固態(tài)電池還有另一項優(yōu)勢——在事故中損壞時(shí)不易爆炸或起火。要知道的是，在此之前，在新能源汽車(chē)領(lǐng)域與特斯拉同樣享有盛名的菲斯科，后來(lái)之所以會(huì )破產(chǎn)并慢慢銷(xiāo)聲匿跡，在很大程度上就是因為其頻繁出現的電池起火事件以及其他故障。 此前，臺灣輝能科技公司(ProLogium)就曾推出一款采用軟性電路板為基材的固態(tài)電池，其厚度可以達到驚人的2mm，相當于一小片口香糖的厚度，可以隨意折疊彎曲，展開(kāi)弄平整再進(jìn)行使用。這么一塊看似不起眼的電池，其容量可以達到1000毫安，而一個(gè)iPhone般大小的充電寶，其容量也就在5000毫安左右。 如果固態(tài)電池能夠得到商業(yè)化應用，大眾可以造出在續航上超越特斯拉的電動(dòng)車(chē)，可穿戴電子設備也能夠擺脫電池技術(shù)的束縛，其外觀(guān)和形狀都可以起到驚人的變化。 商業(yè)化路途漫漫 加拿大Avestor公司也曾嘗試過(guò)研發(fā)固態(tài)鋰電池，最終2006年正式申請破產(chǎn)。Avestor公司使用一種高分子聚合物分離器，代替電池中的液體電解質(zhì)，但一直沒(méi)有解決安全問(wèn)題，在北美地區發(fā)生過(guò)幾起電池燃燒或者爆炸事件。 Sakti3公司的聯(lián)合創(chuàng )始人兼CEOAnnMarieSastry對外表示，Sakti3公司的固態(tài)電池采用薄膜沉積技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，這一技術(shù)也常用于平板顯示器和光伏太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)，“將電池劈成兩半或者把電池放在高溫環(huán)境里，但電池仍能繼續工作”，在她看來(lái)，Sakti3生產(chǎn)的固態(tài)電池在安全上已經(jīng)完全可以放心。 “開(kāi)發(fā)新技術(shù)不會(huì )是一個(gè)無(wú)阻礙的路徑。我需要一個(gè)水晶球才能預測在開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的所有挑戰。英國人有句話(huà)叫‘stickyourneckontheline’,就是硬著(zhù)頭皮去嘗試一些新的和不同的東西。如果成功就太好了，但如果失敗，你已經(jīng)在過(guò)程中學(xué)習，可以再繼續直到成功�！闭材匪埂ご魃绱藢Α兜谝回斀�(jīng)日報》記者評說(shuō)他在這次投資中可能會(huì )遇到的風(fēng)險。 此前，豐田曾經(jīng)表示，希望到2020年，能在新能源車(chē)上應用固態(tài)電池技術(shù)。但豐田并沒(méi)有將這一技術(shù)作為未來(lái)新能源的唯一出路，就在此前不久，它對外發(fā)布了首款量產(chǎn)的氫燃料電池汽車(chē)。 “固態(tài)電池可能是未來(lái)電池技術(shù)的發(fā)展方向之一，但也許不是最好的�！鄙鲜鲂履茉瓷a(chǎn)企業(yè)的技術(shù)人員告訴記者，“包括燃料電池、超級電容器、鋁空氣電池、鎂電池在理念上都有較大的發(fā)展空間，而最終，要看哪種路線(xiàn)發(fā)展更快、更接地氣�！彼^接地氣，就是在商業(yè)化的規模和成本方面都能達到完美的平衡點(diǎn)。首先，使用的材料必須不能是高成本且稀有的。其次，要在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域都有實(shí)現大規模應用的可能。 或許，現在最具考驗的地方在于價(jià)格。據記者了解，液態(tài)鋰電池的成本大約在200~300美元/千瓦時(shí)，如果使用現有技術(shù)制造足以為智能手機供電的固態(tài)電池，其成本會(huì )達到1.5萬(wàn)美元，而足以為汽車(chē)供電的固態(tài)電池成本更是達到令人咋舌的9000萬(wàn)美元。 Sastry表示，固態(tài)電池生產(chǎn)成本居高不下的一個(gè)重要原因在于生產(chǎn)效率低下。按照Sastry的規劃，Sakti3最終將會(huì )把電池的成本降低至100美元/千瓦時(shí)，不過(guò)，她并沒(méi)有給出最終的時(shí)間。 從理論的提出時(shí)間來(lái)看，固態(tài)電池并不是一個(gè)新的概念，但多年來(lái)，研發(fā)上的進(jìn)展并沒(méi)有想象那么快速。韓國三星的一位技術(shù)人員認為，即便Sakti3最終能做到成本上的降低，電池從實(shí)驗室到最終的量產(chǎn)也需要不短的時(shí)間。正如液態(tài)鋰電池，在上世紀70年代，相關(guān)的理念和實(shí)驗認證就在齊頭并進(jìn)地推進(jìn)，但真正大規模的使用，已經(jīng)是20世紀末了。插圖/呂知曉 |
