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1. 特斯拉雖然使用最頂尖的Panasonic電池技術,能量密度也即將接近現有液態鋰電池技術的極限,但層出不窮的火燒車事件,一個官司就可能讓車廠傾家蕩產。
2. 因此,電池安全性,給了挑戰者機遇:稱霸電池產業30年的液態電池,終於出現競爭者——固態電池,它號稱更安全、便宜而且壽命更長。
如果前些年有人跟你說,有一種電池比鋰電池更厲害,能量密度更高、壽命更長、充放電速度更快,而且成本更低,那麼他一定是在騙你。
科技進步到哪,我們就進化到哪,我今天可以放心地用綠學院常說的「演化思維」跟你宣布,經過十多年的研發,終於有一種電池接近上述的各項驚人特質,而且近幾年陸續開始小批量試生產,預計在未來十年內可以量產,挑戰稱霸世界近三十年的液態鋰電池(Lithium Ion Secondary Battery),這顆閃亮的星星就是固態電池!
我們之前文章《如何判斷電池技術大突破是世紀大騙局還是真革命?》為你分析六個判斷電池技術潛能的基本邏輯:
要找到能符合以上所有條件的電池,就像找到超完美嬌妻一樣,目前人類能找到最接近的,沒意外,就是鋰電池。因此,磷酸鐵鋰和鋰三元電池以秋風掃落葉之勢攻佔幾乎所有的儲能電池及動力電池市場,在動力電池方面,鋰電池是目前全球各大汽車集團偏愛的主流電池配方。
磷酸鐵鋰和鋰三元電池的運作邏輯都是讓鋰離子像游泳選手一樣,在電解液中游泳,前者壽命長、安全性高、成本低廉,但能量密度低;後者能量密度高能支援快充,但壽命短、安全性不高。
以特斯拉為例,雖然使用最頂尖的Panasonic電池技術,能量密度也即將接近現有液態鋰電池技術的極限,但層出不窮的火燒車事件,一個官司就可能讓車廠傾家蕩產。車廠要對其設計負責,因此他們其實很頭疼。儲能系統比較常用磷酸鐵鋰電池,因此純電池發生火災的事件較少,但韓國過去兩年有超過三十起儲能系統火災,新聞討論多關注鋰電池安全性。不管是不是真的是電池造成火災,這些層出不窮的事件都直指一個問題,就是我們必須想辦法讓鋰電池更安全。
根據固態電解質材料的不同,目前產業界將固態電池分成聚合物、硫化物和氧化物三大技術路線,其中聚合物屬於有機高分子電解質,硫化物與氧化物屬於無機陶瓷電解質。
技術路線一:聚合物
聚合物電解質主要由聚合物基體與鋰鹽構成,當你讓它處於高溫狀態時,鋰離子游得比較快,所以把配方和溫度調一調,就可以得到高能量密度,因此成為最先實現產業化的技術方向。但這種電池的最大缺點是它得保持在加熱狀態才能保有較佳的效能,現在碳中和的壓力這麼迫切,除非都用綠能加熱,否則這條技術路線離商業化仍有一定距離。
技術路線二:硫化物
無機陶瓷電解質包含硫化物與氧化物,其中硫化物的活性較高,不需額外進行加熱,但缺點是電解質和正負電極之間的界面電阻較高,鋰離子游動的速度會比較慢,充放電速度較差。除此之外,硫化物還有兩大缺點,硫化物固態電池接觸空氣容易產生有毒性的硫化氫,如何維持安全穩定性及避免與空氣進行化學反應是一大要點;加上硫的高活性,生產設備及生產環境的特殊需求將造成高昂成本,這都對未來的量產帶來隱憂。
技術路線三:氧化物
氧化物電解質最大的優點是安全,因此在三大技術路線中,它的安全性最高,但研發難度也最高。氧化物固態電池一旦破裂毀損後,不會產生硫化氫,但因活性不如硫化物,因此鋰離子游動的速度更慢,充放電速度相較於聚合物及硫化物較差。
看到這裡,你可能覺得這三條技術路線都看起來都還只在研發階段啊,怎麼可能挑戰液態鋰電池,先別急,下一篇,我們繼續來為你分析他們現在各自的發展狀況,以及在哪些應用場景已經有他們的足跡。
*本文獲綠學院授權轉載,原文:液態鋰電池競爭者出列!四局下半即將登場的電池選手
(綠學院扮演綠色產業的連結者,透過提供綠色知識/社群/加速器服務,解決綠色企業成長所面對的工具及資源挑戰,期許在一個世代之內讓綠色產業成為主流。)
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