
無論是手機還是新能源汽車,電池的續航能力都是其發展面臨的一大短板,長期以來,一些國際公司在該領域的技術研發都沒有停止。
近日,三星電子就展示了其開發的一種新型電池技術,這種新技術在電池的陰極上加入一種硅涂層,打破了現有電池技術在充放電循環和容量上的限制。三星的研究人員聲稱,這種技術可讓電池在首個循環當中達到972Wh/L的體積能量密度,第200次循環時也能保持在700Wh/L——這分別達到了目前鋰電池的1.8和1.5倍。
這也就是說,三星的技術能在相同的體積內實現更大的容量。就拿Galaxy S6的電池(2550mAh)為例,這塊電池在新技術的幫助下可實現高達4000mAh以上的容量,而更大的容量也就意味著更長的續航能力。
對于續航能力有急切要求的不僅僅是手機,電動汽車更是如此,由于電池在能量密度上遠不能同內燃機相比,因此續航里程長期以來是電動車最大軟肋之一。以至于許多國家出臺的新規定中,只有電動車單次充電續航里程達到一定水平,方能享受補貼優惠政策。
作為國際型車企,大眾一直在加大對于續航里程的技術研發,大眾汽車CEO馬丁˙文德恩(Martin Winterkorn)近日在接受德國媒體采訪時表示:“大眾正在加利福尼亞州硅谷研發一款超級電池,新電池價格更低,體積更小,動力更強勁。一款電動版大眾品牌車型(在搭載超級電池后)純電動續航里程有望達到300公里(186英里)。這將是電動車(性能)質的飛躍。”
今年第二季度,大眾曾表示將于今年7月份前公布其純電動汽車的電池選擇方案,正在研發下一代鋰電池單元技術,能量密度可達到當前電池的5倍之多。馬丁˙文德恩甚至直言不諱的稱:“我認為固態電池技術應用潛力巨大,應用該技術很有可能將電動車續航里程提升至700公里。”
除了性能,電池造價也是包括大眾在內的大部分車企希望突破的重點。當下電動車售價不菲,很大原因是由于電池組成本居高。為了降低電池成本,大眾正在統一鋰電池的單元設計。雖然電池車型號規格各異,但統一的電池單元可以采用不同的封裝數量與方式,滿足各類需求。大眾的目標是通過簡化電池單元設計降低電池成本66%。
同樣是為了降低成本,美國24M公司采用的是另外一種思路,該公司開發出一種制造鋰電池的先進工藝,不僅有望顯著降低生產成本,還能提高電池性能,使其更易于回收。
現有的鋰電池制造方法還是20年前發明的,效率低下,過程繁瑣。麻省理工學院陶瓷工藝教授、24M公司聯合創始人、A123電池公司前創始人之一的蔣業明(Yet-Ming Chiang)與同事于5年前提出了“液流電池”的概念,以帶有細微顆粒的懸浮液作為電極,通過泵送的方式在電池中循環。但分析表明,液流電池系統適合于低能量密度電池,對于鋰電池這樣的高能量密度設備而言,意味著成本的增加。
為此,蔣業明的團隊改進了設計,新版本被稱為“半固體電池”:電極材料不流動,是一種類似于半固態的膠體懸浮液。據物理學家組織網報道,不同于標準工藝需要在襯底材料上添加液態涂層,然后等材料干后才能開始下一道工序,新方法讓電極材料始終處于液態,根本不需要干燥。該系統通過使用更少但更厚的電極,將傳統電池結構中的分層數量以及非功能性材料的用量減少了80%。
蔣業明說,新工藝極大地簡化了制造過程,生產成本可降低一半。電池具有柔性并且更加耐用,不僅可彎曲、折疊,即使被子彈穿過也不會受損。這種方法還可以按比例擴大生產,據他估計,到2020年,每千瓦時容量的成本將降至100美元以下。
目前24M公司已經在原型生產線上制造了大約10000塊這樣的電池,其中大部分正在接受3個工業合作伙伴的測試,包括泰國的一家石油公司和日本重型設備制造商IHI株式會社。新工藝已獲得8項專利,另有75項專利正在接受評審。
電動汽車電池容量提升之后,緊接而至的就是快速充電的需求。一家名為StoreDot的以色列公司研發出一種汽車超級充電技術,其中包括電池組和專用充電樁。StoreDot的超級充電技術可在5分鐘內為電動汽車補充能夠續航480公里的電量,這與傳統汽車加滿一箱油的時間相差無幾。
StoreDot CEO Doron Myersdorf指出,這項超級充電技術中所利用的電池采用了大量的創新設計,該公司研發出了一種新的技術——多功能電極(multifunction electrode,MFE)。
MFE使用了導電聚合物和金屬氧化物作為電池材料。前者允許電池接收快速充電,而后者則用來把迅速聚合的鋰離子慢慢流進電極。這一快一慢兩個過程既保證了充電的快速性,又避免了電極崩潰或者壽命變短。
在提升充電速度的同時, Doron Myersdorf也考慮到消費者對于價格的接受程度,其快速充電電池的造價將比鋰電池高出20%-30%,但由于壽命更長,所以均攤下來反而會比使用鋰電池更便宜。
按計劃,StoreDot公司計劃在2016年推出這種超級充電系統的原型,并力爭2017年實現商業化。

