全固態(tài)鋰電池：可靠的安全衛(wèi)士
電動汽車自燃、手機電池爆炸……隨著鋰離子電池的大規(guī)模民用，關(guān)于電池安全事故的新聞不絕于耳，電池使用的安全問題也廣受各方關(guān)注。不久前，日本豐田汽車公司透露，計劃在2020年實現(xiàn)全固態(tài)電池的商用化。該公司早在2010年就推出了更安全、壽命更長、功率輸出更優(yōu)的全固態(tài)電池原型器件，希望它能在未來取代現(xiàn)有鋰離子電池。
細心的消費者會發(fā)現(xiàn)，所有的鋰離子電池都標有詳細的注意事項，乘坐飛機也有嚴格的攜帶限制，這是因為鋰離子電池內(nèi)帶有的有機溶劑具有可燃性，有一定安全隱患。如果要徹底保證電池安全，就要把可燃燒的有機溶劑用更安全的不能燃燒的固體電解質(zhì)替換掉。
“固態(tài)鋰電池有可能顯著提高電芯的安全性，是未來電池技術(shù)的重要方向?！崩钽嬖V記者，現(xiàn)有的鋰離子電池雖然安全性已經(jīng)很高，但仍會不斷出現(xiàn)安全事故。全固態(tài)鋰電池沒有電解液，不易燃燒和爆炸，不會產(chǎn)生液體泄漏和腐蝕，在高溫下壽命不受影響，不易變形，電壓允許范圍更高。
“更重要的是，現(xiàn)有應(yīng)用對電池能量密度要求越來越高，在現(xiàn)有技術(shù)下，通常電池容量越大越不安全。所以說，全固態(tài)電池是一種革命性技術(shù)，它可以在保證安全性的同時，提高電池能量密度?！崩钽a充說。
不過，單純強調(diào)安全性并不能把固態(tài)電池完全推向市場，性能的提升和成本的降低更加關(guān)鍵?！澳壳肮虘B(tài)電池安全性能更高，但是在其他主要性能上，比如充放電速率上，低溫特性上與采用液體電解質(zhì)的現(xiàn)有鋰離子電池有顯著的差距。這主要是在固體電解質(zhì)中離子傳輸?shù)乃俣容^慢，固體電解質(zhì)和正負極材料界面的電阻很大，這些問題還沒有很好解決，所以快充的特性暫時沒有發(fā)揮出來?！崩钽嘎?，全固態(tài)電池在快充時更安全，目前在日本學(xué)界的研究里表示其可以快充，但都還在實驗室探索階段，離應(yīng)用較遠。
豐田歐洲先進技術(shù)小組博士Chihiro Yada指出，全固態(tài)電池面臨的技術(shù)障礙是功率密度不夠高，原因在于電池陰極和固態(tài)電解質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移電阻過高。因此，全固態(tài)電池開發(fā)過程中的主要任務(wù)就是提高它的功率密度。
固態(tài)金屬鋰電池的特性使其負極可以使用金屬鋰，金屬鋰的容量是目前鋰離子電池中石墨負極的10倍，如果能解決金屬鋰使用和加工過程的安全性問題，用金屬鋰作負極，用高能量密度材料作正極，電池能量密度會有1至3倍的提升，而提升能量密度又是降低成本的最有效的辦法。“雖然固態(tài)電池的制造和設(shè)計與現(xiàn)有的方式不一樣，到底采用哪種工藝和技術(shù)路線還沒有確定，但可以肯定這是非常有競爭力的技術(shù)路線，固態(tài)金屬鋰電池大規(guī)模進入市場最快還需5至10年的時間。”李泓預(yù)計。
氫氧燃料電池：汽油的理想替代物
一次燃料加注僅3分鐘，巡航里程超過500公里，百公里加速10秒……隨著豐田Mirai氫氧燃料電池車在今年上海車展亮相后，氫氧燃料電池技術(shù)一時成為人們熱議的焦點，甚至被認為是汽油燃料的理想替代物。
事實上，日本豐田、本田公司在氫氧燃料電池領(lǐng)域已經(jīng)研究了30多年，投入了大量資金。早在2014年11月18日，豐田公司就把氫氧燃料電池汽車推向了市場，標志該電池商業(yè)化走出了第一步。
氫氧燃料電池的充電方式其實就是加注氫，形式上和加油較為類似，不過氫氧燃料電池則要環(huán)保得多。該電池工作原理是氫氣和氧氣經(jīng)過離子膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)釋放電子，產(chǎn)生電能，從而代替汽油發(fā)動機發(fā)電，最終驅(qū)使電動馬達帶領(lǐng)車輛前進，而化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物只有水沒有二氧化碳。
“豐田推出氫氧燃料電池汽車，是一個標志性、歷史性事件，但并不代表其能夠馬上進入市場。從理論上說這是一條有競爭力的技術(shù)路線，最終能不能商業(yè)化還要看其技術(shù)的經(jīng)濟性?！崩钽寡?，燃料電池加氫速度快，一次加氫續(xù)航里程長，和汽油相當(dāng)，且產(chǎn)物是水，從使用過程的環(huán)保角度考慮是汽油的理想替代物；但其成本高昂，氫的生產(chǎn)、運輸、儲存都要克服很大困難。
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