固态电池争夺战

去年9月,丰田在世界面前畅想了自己的未来。

在一段11秒的YouTube视频中,它展示了一辆现代化的四门汽车在一条测试轨道上巡航。最引人注目的莫过于印在右侧车身的那句标语:由全固态电池提供动力。

近年来,丰田、福特和大众等汽车巨头一直在寻找克服锂电池缺陷的方法,争相研发生产有变革意义的新一代电池。

据电池专家称,许多公司的重心工作正围绕着固态电池展开,这种电池不含液态电解质,与目前使用的锂离子电池相比,充电速度更快,续航更长,而且不容易起火。

汽车制造商已经在固态电池领域投入了数亿美元,目的是在2030年之前完善该技术。

固态电池争夺战

正值电池竞赛的关键时刻,汽油价格暴涨,气候变化使降低温室气体排放迫在眉睫,电动汽车的需求大幅上涨。

这导致了目前电动汽车电池中使用的许多矿物供应短缺,同时也引发了各类人权问题,因为通常情况下,这些矿物的开采条件极为艰苦,开采人员几乎没有任何保护措施。

但专家和汽车制造商表示,将新电池推向市场是一项极具挑战性的任务。

“这是一项未来的技术。”美国马里兰州能源创新研究所主任埃里克·D·瓦克斯曼(Eric D. Wachsman)说,“问题是这个未来多久会到来?”

在过去三十年中,锂离子电池一直占据统治地位。从手机、平板电脑等电子产品到心脏起搏器、手术室设备等其他基本产品,它们几乎无处不在。

但专家们说,它们在电动车中的应用存在缺陷,可能达到了储能上限。

由于液体电解质的易燃性,锂离子电池存在较高的起火风险,也正是出于这个原因,去年夏天通用召回了雪佛兰Bolt电动车。

固态电池争夺战

锂离子电池还严重依赖镍和钴,而这两种金属材料正面临供应短缺和价格上涨。钴主要在刚果开采,那里的采矿场非法雇佣童工,他们经常吸入有毒的化学物质,容易感染致命的肺部疾病,这在该国引发了一场人权危机。

阿贡国家实验室的化学家和材料科学专家程磊(音译)说,毫无疑问,固态电池将在未来取代锂离子电池。这种新电池将用固体石墨层取代易燃的液体电解质,可能更安全,减少了对镍和钴的依赖,成本更低,容量更高,对汽车制造商具有吸引力。

“电池的成本决定了电动车的成本。” 程磊说。

汽车制造商清楚地认识到目前电池技术存在的缺点,它们或与固态电池公司合作,或对该技术进行内部研究和开发。

大众汽车向QuantumScape投资了3亿美元。这是一家固态电池公司,它也得到了微软联合创始人比尔·盖茨(Bill Gates)的支持,该公司的目标是在2025年左右将电池投入生产。

福特和宝马为科罗拉多州一家名为Solid Power的固态电池初创公司引领了一轮1.3亿美元的投资,希望在2027年左右推出该技术。

固态电池争夺战

对于Solid Power的首席执行官道格·坎贝尔(Doug Campbell)来说,对固态技术的关注是一件好事。

去年12月,Solid Power上市,筹集了超过5.4亿美元。坎贝尔说,现在,它正在疯狂招人,目标是到2027年将可商业化的固态电池放入汽车。

坎贝尔补充说,他并不惊讶于汽车制造商对这项技术的追捧。由于电池占电动汽车成本的40%,并且是一个关键的安全部件,因此找到更便宜、续航更久、更不易燃的电池是汽车制造商未来最关键的创新之一。

他说:“固态电池是行业必杀技。”

尽管如此,市场对这项技术仍有一些隐忧。

今年1月,丰田宣布将在2025年前将固态电池用于混合动力汽车。该公司的首席科学家吉尔·普拉特(Gill Pratt)说,目前这种电池太昂贵,无法为纯电动车提供动力。他还指出,对固态电池反复充电会影响其整体寿命。

他向媒体透露:“我们想先把它们放在混合动力汽车中,同时也能充分磨炼这项技术,以便随着成本的不断下降,可以在未来将它们的应用范围扩大到纯电动汽车中。”

马里兰州能源创新研究所的瓦克斯曼指出,生产固态电池是很困难的。他说,这一类电池很可能会首先应用至对于数量需求较小的部门,比如美国国防和航空航天部门。

但是,固态电池的制造工艺与锂离子电池完全不同,如果在全球范围内将电池生产转向固态电池,将很难达到锂离子电池的规模,这可能会在短期内推高成本。

“电池制造商都希望在未来两年内实现固态电池的商业化。”他说,“问题将是他们是否能够实现规模化生产。”

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