固態電池在電動汽車中的作用是什麼？
作者 : Abhishek Jadhav
儘管鋰離子電池由於其較高的能量密度目前在電動汽車電池市場佔據主導地位，但人們對替代技術的興趣越來越大。其中一項技術是固態電池，汽車製造商正在積極探索。
這些電池與鋰離子電池不同，因為它們使用固體電解質，與鋰離子電池中使用的易燃液體電解質相比，固體電解質被認為對先進的電動汽車更安全。
分析人士認為，電動汽車普及緩慢的主要原因之一是對充電時間、電池容量和行駛里程的擔憂。然而，電池技術的最新進展表明，固態電池有可能解決這些問題，並有助於減少電動汽車對環境的影響。
固態電池正迅速成為最有前途的存儲技術之一，提供更高的能源效率、更快的充電時間和更長的行駛里程。因此，它們在使電動汽車行業實現其脫碳目標方面發揮著重要作用。
鑒於政府的氣候變化倡議旨在根據《巴黎協定》在2050年之前實現淨零排放，專家建議固態電池可以在減少電動汽車的碳足跡方面發揮關鍵作用。根據運輸與環境(T&E)委託Minviro進行的一項研究，使用由可持續材料製成的固態電池有可能將碳足跡減少多達39%。此外，某些採礦方法(例如從地熱井中提取鋰)對氣候的影響遠低於更常用的來源，例如從澳大利亞的硬岩中開採鋰。
固態電池背後的技術
由於使用石墨陽極，傳統鋰離子電池的能量密度受到限制。為了克服這個問題，固態電池改用鋰金屬陽極，這提高了它們的能量密度。但是，將鋰金屬陽極與液體電解質相結合會引發枝晶的形成，枝晶是在電池內生長的細小金屬纖維，會導致短路，從而導致電池損壞。
解決這個問題的一種可能方法是用電池中的固態電解質代替液態電解質。某些類型的固態電解質已顯示出減少枝晶形成以及提高鋰金屬陽極穩定性的潛力。通過使用這種電解質，可以提高固態電池的安全性和壽命。
重要的是要知道枝晶形成的問題仍然存在，其中小的金屬凸起會積聚在鋰的表面並穿透固體電解質，從而可能導致短路。麻省理工學院教授Yet-Ming Chiang和一些研究生在《Joule》(《焦耳》)雜誌上發表的一項研究，發現了一種通過施加和釋放壓力來控制枝晶生長的方法。這導致枝晶沿著與施加力相同的方向走鋸齒形路徑。雖然固體電解質上的機械應力可能無法消除枝晶的形成，但它們可以幫助控制它們的生長方向。
開發用於大規模生產固態電池的具有成本效益的製造技術仍然是一項關鍵挑戰。此外，需要更多的研究和開發來提高固態電池的性能和穩定性，特別是在惡劣的工作條件下，例如電動汽車中的那些。
儘管面臨種種挑戰，許多電動汽車製造商已開始為其下一代電動汽車採用固態電池。在下一節中，我們將瞭解該行業的一些最新發展及其對推進該電池技術的貢獻。
業界對電動汽車固態電池發展的貢獻
本田汽車公司首席執行官Toshihiro Mibe表示，該公司正在與通用汽車和其他韓國合作夥伴(如LG Energy Solutions)合作，將固態電池戰略變為現實，以滿足其對電動汽車不斷成長的需求。但Mibe認為，獲得用於大規模消費的固態電池技術可能需要數年時間，而且制定生產計畫也很困難。與豐田汽車公司和日產汽車公司等競爭對手相比，本田在應對這種快速變化的市場趨勢方面並沒有那麼先進。
豐田在2020年宣佈，正在開發一款使用固態電池的電動汽車原型，但該車尚未發佈。據推測，首款量產車型可能會在2020年代中期問世，這與其他製造商為使用固態電池製造電動汽車所做的努力相吻合。
日產一直在討論可持續交通的未來對公司意味著什麼，固態電池的開發一直是研究的重點領域。據Autocar報導，日產計畫到2025年啟動第一批固態電池的試生產工廠。在此之後，該公司的目標是到2026年完成初步的應用工程，並最終在2028年開始生產配備這些先進電池的電動汽車。
BMW和福特支持Solid Power公司，這是一家電池開發商，致力於使用基於硫化物的固體電解質生產輕質和更高能量密度的電池。BMW最近宣佈，Solid Power計畫在今年晚些時候提供全尺寸汽車電池進行測試。
「BMW仍然致力於追求全固態電池，我們認為這項技術在未來具有巨大潛力，」BMW開發委員會成員Frank Weber說。
本文刊登於EDN China網站
(參考原文：What Is the Role of Solid-State Batteries in EVs?，By Abhishek Jadhav)
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