我們認為我們周圍的許多技術是理所當然的。 例如，用於手機的微型計算機可以整天不充電。 但我希望手機可以在不充電的情況下工作 3-4 天。 或者一輛可以行駛 1000 公里、充電幾分鐘的電動汽車……而且成本低於汽油發動機汽車。 多年來，關於固態電池的討論很多，但現在情況如何？ 還有多少我們必須等到 固態電池 最終進入我們的設備？
最近的一個例子是豐田，它在冬奧會期間宣布了一款固態電池汽車。 我們今天使用的鋰離子電池，儘管它們很出色，但也有一些固態電池試圖解決的缺點。
他們有什麼共同點？
兩種類型都使用鋰來發電，它們的一般結構非常相似。 簡單地說，它們有陽極（負極）、陰極（正極）和電解質。
它們的主要區別在於電解質的狀態，這有助於在充電過程中將離子從陰極轉移到陽極，在放電過程中反之亦然。 換句話說，電解質調節電池負極和正極之間的電流流動。 鋰離子電池使用液體電解質，而固態電池，顧名思義，使用固體電解質薄層。
為什麼這很重要？
固體電解質具有許多顯著優勢：
- 安全性：p酸性電解質 易揮發的 並且在高溫下容易點燃。 與它們不同的是，固體電解質更穩定，並降低了火災或爆炸的風險。
- 更高 能量密度 和更快的充電時間：p更高的穩定性意味著固態電池可以比鋰離子電池多存儲 50% 的能量，而它們有望在 80 分鐘內達到 12% 的電量。
左邊是鋰離子電池的結構，右邊是固態電池的結構。
3、更輕的重量和體積：雖然鋰離子電池內部的液體使其更重，但固態電池的緊湊結構允許更高的單位面積能量密度，這意味著需要更少的電池。
固態電池會取代鋰離子電池嗎？
從理論上講，是的，或者至少這是事情的發展方向。 事實上，許多汽車製造商已經在投資這項技術，包括大眾、豐田、福特和寶馬。 然而，在實踐中，固態電池的電芯是在實驗室中一個一個地生產出來的，並將它們帶入量產—— 一項昂貴且尚未充分開發的任務。
很難開發出既穩定、化學惰性又在電極之間具有良好離子導體的固體電解質。 此外，電解液的製造成本太高，並且在使用過程中膨脹和壓縮時由於其脆性而易於破裂。 但也許隨著鋰離子電池逐漸變得更實惠，它會發生。
已經進行了哪些研究？
近年來，已經進行了許多有趣的研究，旨在解決這個問題。 麻省理工學院的研究人員已經開發出所謂的混合離子-電子導體 (MIEC)，以及電子和鋰離子絕緣體 (ELI)。 它是具有納米級 MIEC 管的三維蜂窩結構。 管子充滿鋰，形成陽極。 這一發現的一個關鍵部分是蜂窩結構為鋰在充電和放電過程中的膨脹和收縮提供了空間。 電池的這種“呼吸”可防止破裂。 ELI 管的塗層充當保護它們免受固體電解質影響的屏障。 這是固態電池的結構，它使我們無需添加任何液體或凝膠，因此可以避免枝晶。
一家公司叫 離子儲存系統 開發了一種約 10 微米厚的超薄陶瓷電解質，與使用液體電解質的現代塑料隔膜的厚度大致相同。 陶瓷電解質的每一面都塗有一層超薄的氧化鋁，有助於降低電阻。 電池原型的能量容量約為 300 Wh/kg，可在 5-10 分鐘內充電。 相比之下：現代 NCA 電池的能量容量約為 250 Wh/kg。
在展會上 CES 今年，Mecedes 展示了由環保材料製成的 AVTR 概念車，該車還配備了完全可回收的電池。 梅賽德斯高級電池研究經理 Andreas Hintennach 在接受采訪時表示，電池技術目前正在進行實驗室測試，將在 10-15 年內準備就緒。 CATL（特斯拉的中國電池合作夥伴）也開發了一種固態電池樣品，但他們報告說它要到 2030 年才能上市。
有望連續生產固態電池 將被修復 從 2025 年開始，但最初不在汽車行業。
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