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日本東京工業(yè)大學將全固態(tài)電池容量提升至全球最高水平。

據(jù)界面新聞7月16日報道，近日，日本東京工業(yè)大學特聘教授菅野了次等人組成的研究團隊，成功提高了全固態(tài)電池的快速充電性能和容量。該研究通過新開發(fā)基礎(chǔ)材料、重新研究制造工藝等方式得以實現(xiàn)，相關(guān)文章發(fā)表在美國《科學》雜志上。全固態(tài)電池是一種新型的電池類型。區(qū)別于其它電池，沒有液態(tài)電解液，而是采用聚合物、氧化物或硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)。

據(jù)英國《金融時報》，在固態(tài)電池技術(shù)取得突破后，豐田近日公布了將其電動汽車電池的尺寸、成本和重量減半的雄心。豐田頂級電池專家Keiji Kaita 7月4日表示，簡化電池材料的生產(chǎn)流程將降低其下一代技術(shù)的成本。“對于我們的液態(tài)和固態(tài)電池，我們的目標是徹底改變目前電池太大、太重、太貴的狀況，”Keiji Kaita表示，“就潛力而言，我們的目標是將所有這些因素減半。”此外，中國科學技術(shù)大學教授馬騁開發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì)，它的綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近，但成本不到后者的4%，適合進行產(chǎn)業(yè)化應用。

日本全固態(tài)電池獲新突破

據(jù)界面新聞報道，日本東京工業(yè)大的上述研究，利用高熵材料設(shè)計開發(fā)了一種高離子導電性的固體電解質(zhì)，通過增加已知鋰快離子導體的成分復雜性，使得鋰離子電導率約為傳統(tǒng)材料的2.3-3.8倍，從而能縮短電池充電時間。這意味著，影響電池充電性能的指標較當前傳統(tǒng)電池相比最多可提高3.8倍，為目前全球最高水平。

此外，研究團隊改良了制造工藝，負極采用鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨，使得正極容量按單位電極面積計算較當前提高1.8倍。試制的全固態(tài)電池每平方厘米電極的電池容量超過20毫安，這也是全球目前公布的最高水平。

當前動力電池市場上，液態(tài)鋰電池仍占據(jù)主導地位。中國科學院院士孫世剛曾表示，現(xiàn)有鋰電池的能量密度已接近理論極限。近十年來，液態(tài)鋰電池的能量密度已提升2-3倍。相較于液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池具有高能量密度、高安全性和長使用壽命等優(yōu)勢，被業(yè)界普遍認為是下一代動力電池技術(shù)。

圖片來源：視覺中國

近年來，學術(shù)界涌現(xiàn)了一些固態(tài)電池的新成果，其中不乏中國科學家。

據(jù)《光明日報》報道，中國科學技術(shù)大學馬騁教授研設(shè)計并合成了一種新型固態(tài)電解質(zhì)——氧氯化鋯鋰，其綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當，但成本不到后者的4%，適合進行產(chǎn)業(yè)化應用。該研究于今年6月27日發(fā)表在國際著名學術(shù)期刊《自然·通訊》上。

在固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化道路上，日企較為激進。今年6月初，豐田宣布固態(tài)電池商業(yè)化的最新規(guī)劃，最早到2027年，豐田就將向市場投放搭載固態(tài)電池的電動汽車，充電不到10分鐘即可行駛約1200公里。

豐田固態(tài)電池改變游戲規(guī)則？

據(jù)財聯(lián)社報道，豐田公司周二（7月4日）表示，已經(jīng)在固態(tài)電池技術(shù)上取得了重大突破，能夠?qū)㈦姵氐闹亓俊Ⅲw積和成本減半，這可能為電動汽車的進步帶來巨大的推動力。

這家世界第二大汽車制造商已經(jīng)在推行一項計劃，到2025年推出配備先進固態(tài)電池的電動汽車。與液體電池相比，固態(tài)電池的優(yōu)勢更大。

豐田公司碳中和研發(fā)中心的總裁海田敬二表示：“無論是液態(tài)電池還是固態(tài)電池，我們的目標是徹底改變目前電池過大、過重、過貴的局面，在這方面的潛力上，我們將爭取將這些因素減半。”

海田指出，該公司已經(jīng)開發(fā)出了提高電池耐久性的方法，并相信現(xiàn)在可以制造出續(xù)航里程為1200公里的固態(tài)電池，充電時間為10分鐘或者更短。

圖片來源：豐田中國官網(wǎng)

伯明翰大學商業(yè)經(jīng)濟學教授戴維·貝利認為，如果豐田公司的說法屬實，那么這可能是未來電動汽車的一個里程碑時刻。“通常在原型階段會有一些突破，但要擴大生產(chǎn)規(guī)模就很困難了。”他補充說，“如果這是一個真正的突破，那么它可能是一個顛覆性的改變，甚至可以說是電動汽車行業(yè)的圣杯。”

據(jù)《金融時報》報道，該公司預計將在2027年開始為電動汽車生產(chǎn)固態(tài)電池。

據(jù)每經(jīng)網(wǎng)此前報道，早在2020年8月，搭載全固態(tài)電池的豐田電動車已取得牌照，開始行駛實驗。豐田方面向記者透露，2025年前，豐田的全固態(tài)電池將實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，首先搭載在混動車型上；到2030年前，豐田的全固態(tài)電池要實現(xiàn)持續(xù)的、穩(wěn)定量的生產(chǎn)。

“在開發(fā)過程中，我們了解到全固態(tài)電池里的離子會在電池中高速運動，進而實現(xiàn)高功率輸出，我們希望這個特性能夠用于混動車型上，發(fā)揮全固態(tài)電池的優(yōu)勢。”豐田方面表示。

2021年，豐田汽車宣布，到2030年，預計將投入1.5萬億日元（約合人民幣881.2億元）用于開發(fā)動力電池及其電池供應鏈，以期在未來十年的關(guān)鍵汽車技術(shù)領(lǐng)域取得領(lǐng)先，并在電動車和混動車的價格方面保持持久的競爭力。

據(jù)央廣網(wǎng)7月4日報道，記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，中國科學技術(shù)大學馬騁教授開發(fā)了一種新型固態(tài)電解質(zhì)，它的綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近，但成本不到后者的4%，適合進行產(chǎn)業(yè)化應用。6月27日，該成果發(fā)表在國際著名學術(shù)期刊《自然·通訊》上。

在具備極強成本優(yōu)勢的同時，氧氯化鋯鋰的綜合性能與目前最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相當。實驗證明，由氧氯化鋯鋰和高鎳三元正極組成的全固態(tài)鋰電池展示了極為優(yōu)異的性能：在12分鐘快速充電的條件下，該電池仍然成功地在室溫穩(wěn)定循環(huán)2000圈以上。

研究人員介紹，氧氯化鋯鋰能以目前最低的成本實現(xiàn)和當下最先進的硫化物、氯化物固態(tài)電解質(zhì)相近的性能，對全固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化具有重大意義。

每日經(jīng)濟新聞綜合財聯(lián)社、界面新聞、央廣網(wǎng)

封面圖片來源：視覺中國