本田公司上个月宣布,计划为电动汽车生产固态电池,一次充电可行驶620英里(1000公里),是目前大众市场电动汽车续航里程的两倍多。
如果这一目标得以实现,这将是克服“里程焦虑”的一大步——里程焦虑是电动汽车广泛采用的主要障碍。11月,本田推出了一条未来固态电池的示范生产线,这家日本汽车制造商计划在本世纪下半叶以大众市场规模将其集成到电动汽车中。
本田研发总裁兼代表董事Keiji Otsu在一份声明中表示:“全固态电池是一项创新技术,将改变电动汽车时代的游戏规则。电池取代迄今为止一直支持汽车进步的发动机,将成为电气化的关键因素。”
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与当前电动汽车中的液态锂离子电池相比,这些固态电池预计体积小50%,重量轻35%,制造成本低25%。然而,这项技术的主要障碍是本田迄今为止开发的固态电池太小,无法用于任何当前的车型。新工厂的目标是从2025年开始解决这个问题。固态电池前方的坚实道路依赖于固体电解质——一种允许离子流动的物质,而不是电子。电解质使带正电荷的离子能够在电池的两端之间移动,电池的两端分别由正极和负极标记——阴极和阳极。当它们这样做时,带负电荷的电子通过外部电路从阳极拉到阴极以产生电荷。固态电池用固体材料代替锂离子电池中的液体电解质——通常是聚合物凝胶或液体中的锂化合物——如原硅酸锂或玻璃等陶瓷。相关内容:电动汽车电池是如何工作的,是什么影响了它们的性能?
固态电池比使用液体电解质的同等大小的电池能量密度更高。这是因为液态锂离子电池需要石墨阳极来储存和控制电池电解质中的离子流动。固态电池可以使用纯锂金属阳极,这种阳极能量密度更高,因此可以在相同数量甚至比石墨阳极更小的空间内储存更多的离子。
此外,固态组件不需要像标准的锂离子电池系统那样精心控制温度。固态电池也更安全,因为它们可以丢弃溶剂,如碳酸亚乙酯。碳酸亚乙酯通常用于液体电解质,如果电池损坏,这些溶剂会着火。
虽然固态电池并不新鲜,但它们还没有达到电动汽车所需的尺寸和规模。它们不仅制造成本比锂离子电池高,而且技术挑战仍然阻碍它们对电动汽车足够可靠。
最大的问题是陶瓷隔膜的脆性,它是用来保持阳极和阴极不接触的,随着时间的推移,由于化学反应引起的膨胀和收缩,它会开始破裂。如果这种情况发生在隔膜上,它也是固体电解质,它会触发电极之间的短路,导致电池故障。
另一个问题是固态电池中的电解质是由聚合物制成的,聚合物不像液态电解质那样容易让离子在电极之间流动,从而限制了电池的性能。随着时间的推移,锂基固态电池的电极会被称为枝晶的尖状锂沉积物覆盖,这会刺穿固态电解质,导致电池短路;尽管这个问题不像液态锂电池那样普遍。本田还没有克服所有这些挑战,但它计划在新工厂这样做。该计划的一个关键要素是使用滚压技术,可以增加电解质层的密度,改善电解质与阳极和阴极之间的接触。
本田的目标是到2030年在其汽车中安装远程固态电池。 到2040年,本田为其电动汽车设定了一个目标,即拥有续航里程高达776英里(1249公里)的固态电池。
如果本田能够实现如此崇高的目标,它将减轻人们对电动汽车续航里程和寿命的担忧,这可能会加速汽油动力汽车的终结。