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容量全球最高,日本全固態(tài)電池獲新突破!
日期:2023-07-18   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_dingshuqi 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
據(jù)界面新聞7月16日?qǐng)?bào)道,近日,日本東京工業(yè)大學(xué)特聘教授菅野了次等人組成的研究團(tuán)隊(duì),成功提高了全固態(tài)電池的快速充電性能和容量。該研究通過(guò)新開發(fā)基礎(chǔ)材料、重新研究制造工藝等方式得以實(shí)現(xiàn)。全固態(tài)電池是一種新型的電池類型。區(qū)別于其它電池,沒(méi)有液態(tài)電解液,而是采用聚合物、氧化物或硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)。

在固態(tài)電池技術(shù)取得突破后,豐田近日公布了將其電動(dòng)汽車電池的尺寸、成本和重量減半的雄心。豐田頂級(jí)電池專家Keiji Kaita 7月4日表示,簡(jiǎn)化電池材料的生產(chǎn)流程將降低其下一代技術(shù)的成本。“對(duì)于我們的液態(tài)和固態(tài)電池,我們的目標(biāo)是徹底改變目前電池太大、太重、太貴的狀況,”Keiji Kaita表示,“就潛力而言,我們的目標(biāo)是將所有這些因素減半。”此外,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授馬騁開發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì),它的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近,但成本不到后者的4%,適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

日本全固態(tài)電池獲新突破

日本東京工業(yè)大的上述研究,利用高熵材料設(shè)計(jì)開發(fā)了一種高離子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì),通過(guò)增加已知鋰快離子導(dǎo)體的成分復(fù)雜性,使得鋰離子電導(dǎo)率約為傳統(tǒng)材料的2.3-3.8倍,從而能縮短電池充電時(shí)間。這意味著,影響電池充電性能的指標(biāo)較當(dāng)前傳統(tǒng)電池相比最多可提高3.8倍,為目前全球最高水平。

此外,研究團(tuán)隊(duì)改良了制造工藝,負(fù)極采用鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨,使得正極容量按單位電極面積計(jì)算較當(dāng)前提高1.8倍。試制的全固態(tài)電池每平方厘米電極的電池容量超過(guò)20毫安,這也是全球目前公布的最高水平。

當(dāng)前動(dòng)力電池市場(chǎng)上,液態(tài)鋰電池仍占據(jù)主導(dǎo)地位。中國(guó)科學(xué)院院士孫世剛曾表示,現(xiàn)有鋰電池的能量密度已接近理論極限。近十年來(lái),液態(tài)鋰電池的能量密度已提升2-3倍。相較于液態(tài)鋰電池,固態(tài)電池具有高能量密度、高安全性和長(zhǎng)使用壽命等優(yōu)勢(shì),被業(yè)界普遍認(rèn)為是下一代動(dòng)力電池技術(shù)。

近年來(lái),學(xué)術(shù)界涌現(xiàn)了一些固態(tài)電池的新成果,其中不乏中國(guó)科學(xué)家。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授研設(shè)計(jì)并合成了一種新型固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰,其綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng),但成本不到后者的4%,適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

在固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化道路上,日企較為激進(jìn)。今年6月初,豐田宣布固態(tài)電池商業(yè)化的最新規(guī)劃,最早到2027年,豐田就將向市場(chǎng)投放搭載固態(tài)電池的電動(dòng)汽車,充電不到10分鐘即可行駛約1200公里。

豐田固態(tài)電池改變游戲規(guī)則?

豐田公司周二(7月4日)表示,已經(jīng)在固態(tài)電池技術(shù)上取得了重大突破,能夠?qū)㈦姵氐闹亓俊Ⅲw積和成本減半,這可能為電動(dòng)汽車的進(jìn)步帶來(lái)巨大的推動(dòng)力。

這家世界第二大汽車制造商已經(jīng)在推行一項(xiàng)計(jì)劃,到2025年推出配備先進(jìn)固態(tài)電池的電動(dòng)汽車。與液體電池相比,固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)更大。

豐田公司碳中和研發(fā)中心的總裁海田敬二表示:“無(wú)論是液態(tài)電池還是固態(tài)電池,我們的目標(biāo)是徹底改變目前電池過(guò)大、過(guò)重、過(guò)貴的局面,在這方面的潛力上,我們將爭(zhēng)取將這些因素減半。”

海田指出,該公司已經(jīng)開發(fā)出了提高電池耐久性的方法,并相信現(xiàn)在可以制造出續(xù)航里程為1200公里的固態(tài)電池,充電時(shí)間為10分鐘或者更短。

伯明翰大學(xué)商業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)教授戴維·貝利認(rèn)為,如果豐田公司的說(shuō)法屬實(shí),那么這可能是未來(lái)電動(dòng)汽車的一個(gè)里程碑時(shí)刻。“通常在原型階段會(huì)有一些突破,但要擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模就很困難了。”他補(bǔ)充說(shuō),“如果這是一個(gè)真正的突破,那么它可能是一個(gè)顛覆性的改變,甚至可以說(shuō)是電動(dòng)汽車行業(yè)的圣杯。”

該公司預(yù)計(jì)將在2027年開始為電動(dòng)汽車生產(chǎn)固態(tài)電池。

早在2020年8月,搭載全固態(tài)電池的豐田電動(dòng)車已取得牌照,開始行駛實(shí)驗(yàn)。豐田方面向記者透露,2025年前,豐田的全固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn),首先搭載在混動(dòng)車型上;到2030年前,豐田的全固態(tài)電池要實(shí)現(xiàn)持續(xù)的、穩(wěn)定量的生產(chǎn)。

“在開發(fā)過(guò)程中,我們了解到全固態(tài)電池里的離子會(huì)在電池中高速運(yùn)動(dòng),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高功率輸出,我們希望這個(gè)特性能夠用于混動(dòng)車型上,發(fā)揮全固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)。”豐田方面表示。

2021年,豐田汽車宣布,到2030年,預(yù)計(jì)將投入1.5萬(wàn)億日元(約合人民幣881.2億元)用于開發(fā)動(dòng)力電池及其電池供應(yīng)鏈,以期在未來(lái)十年的關(guān)鍵汽車技術(shù)領(lǐng)域取得領(lǐng)先,并在電動(dòng)車和混動(dòng)車的價(jià)格方面保持持久的競(jìng)爭(zhēng)力。

記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授開發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì),它的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近,但成本不到后者的4%,適合進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

在具備極強(qiáng)成本優(yōu)勢(shì)的同時(shí),氧氯化鋯鋰的綜合性能與目前最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當(dāng)。實(shí)驗(yàn)證明,由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)鋰電池展示了極為優(yōu)異的性能:在12分鐘快速充電的條件下,該電池仍然成功地在室溫穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。

研究人員介紹,氧氯化鋯鋰能以目前最低的成本實(shí)現(xiàn)和當(dāng)下最先進(jìn)的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近的性能,對(duì)全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義。 

原標(biāo)題:容量全球最高,日本全固態(tài)電池獲新突破!
 
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