咨询反馈
扫码关注

微信扫一扫即刻开始会话

返回顶部

伊特克斯

手套箱,真空手套箱
Phone
Sale
service

400 086 8156

Phone
Mobile
phone

13811495691

德国企业开发“永恒电池”?

几十年性能不会降低

通常情况下,电池在经过3000次左右的充放电后,性能会急剧下降。此时,电动汽车最有价值的部分——蓄电装置——必须被拆卸、更换和回收。运输转型伴随着巨大的能源、金钱和资源浪费。因此,全球数百个科学家团队正在研究更好的电力储存装置。需求是巨大的,而且不仅仅在电动汽车领域:在德国,数百万家庭的屋顶上都安装了太阳能设施——而如今几乎所有太阳能系统在销售时都配备了蓄电池。

据研究机构计算,到2030年,全球锂离子电池的性能必须提高10倍以上,才能通过绿色电力实现能源转型目标。然而,由于电池暂时是一次性的,能源转型可能会因巨大的资源、回收和处理问题而失败。

目前,一家德国能源公司开发出一种可批量生产的新型固态电池,几乎解决了蓄电池的所有问题:通过在电池中加入新的混合成分,成功阻止了传统锂离子电池的老化过程。

锂离子电池之所以会老化,是因为其阳极在充放电过程中会形成覆盖层。随着时间的推移和每次使用,覆盖层会不断增大,且电池使用得越频繁,增大得越快。覆盖层的增大会消耗电池容量并增加内阻,导致电池性能降低。而此次开发的电池只会在第一次充电时形成非常薄的覆盖层,之后不会再增大。该公司宣传说,无论电池使用多频繁,“内阻在整个使用寿命期间基本保持不变”。这意味着发明了“永恒电池”,其性能在几十年后也不会降低。

首批样品已完成1.25万次充电循环(每小时充放电一次),性能没有任何下降。而上述强度的十分之一就能让传统的锂离子电池不堪重负。不仅如此固态离子电池不易燃,对温度的敏感性也明显低于传统电池。这种电池“在零下40摄氏度时的电导率也绝对高于传统液态电解质在零上60摄氏度的最佳电导率”。优点是,冬季不再需要对汽车电池组进行预热。

德国弗赖堡大学知名教授说,如果作为汽车电池使用,功率值仍有待提高。但如果作为壁箱或太阳能和风能发电场的静态电力储存设施,这种蓄电池显然已经可以投入使用。如果这些信息得到证实,能源和运输转型的“游戏规则改变者”可能真的被找到了:尽管该电池装置仍以锂离子技术为基础,但它完全不需要金属钴。

3分钟充电80%

固态电池技术的新突破

此前有媒体报道,日本松下宣布将在2025-2029年量产一种小型全固态电池。这种电池将首先应用在无人机上,并且逐步应用到新能源汽车上。从公开信息来看,车载固态电池有望在2027年底实现量产,2028年搭载上车,目前积极推进固态动力电池量产的主要是日系汽车品牌,包括丰田、日产和本田。

从松下给出的信息来看,固态电池相比液态锂离子电池,提升可以说是革命性的,首先是充电速度大幅提升,3分钟左右就能充电池容量的80%。另外。循环寿命也要长的多,官方表示预计可以充放电几万次,寿命将是锂离子电池的3倍以上。

相比 3 分钟满血复活的燃油车,电动汽车普遍都要 1 个小时以上,较长的充能时间,导致纯电汽车的使用便利性不如燃油车,也大大限制了纯电汽车的普及。

都在竞争固态电池开发

每个国家路径不同

过去几年中日韩欧都在聚焦于研发能量密度更高的固态电池。以电解质划分中国、日韩和欧洲分别选择了三种不同的技术路径:

欧洲:主要聚焦于以聚合物(电导率约为10-7-10-5S/cm)作为固态电池的电解质。但由于聚合物电导率太低的原因,欧洲量产的固态电池,在相同电池容量下,实际续航还不如液态锂电池。

日韩:主要聚焦于以硫化物(电导率约为10-3-10-2S/cm)作为电解质,该材料拥有理想的电导率,但由于制作工艺复杂,以及材料中含有稀有金属,导致迟迟不能商业化。

中国:主要聚焦于以氧化物(电导率约10-6-10-3S/cm)作为电解质,该材料由于自身坚硬、孔隙率高,容易导电离子传输通道的不畅,以目前的技术只能加入电解液做成半固态电池,但这会降低电池的能量密度。

欧洲新能源企业主要以聚合物作为电解质,来推动固态电池的研发,欧洲最早量产了固态电池,到现在却没有大面积铺开的核心原因。遇到瓶颈后,欧洲其它核心新能源企业选择另辟蹊径:而日韩新能源企业为了实现弯道超车,普遍更青睐用硫化物作为电解质。而技术工艺的复杂性,使得日韩企业不得不加大在固态电池领域的研究,同时也使其积累了大量的技术专利。国内企业主要以氧化物作为电解质,来推动固态电池的研发。和欧洲一样,国内新能源企业研发的固态电池也已经实现了量产。

以氧化物为电解质的固态电池由于本身非常坚硬,质地过硬,容易导致电解质断裂,电离子传送中断;孔隙率高,则极易造成电池体系中电离子传输通道的不畅。所以,为了确保活性物质颗粒在形成裂纹乃至破裂之后也能在外部压力下维持良好的接触和离子传输,以氧化物作为电解质的固态电池天然适合做成固液混合,这样既有氧化物的固态电解质层,又有电解液填充孔隙,来规避这块问题。


不仅充电更快

没有“水分”的固态电池更安全

相较于液态电池,固态电池在性能方面有很大提升:现阶段三元锂电池的能量密度上限为300瓦时/公斤左右,但现阶段固态电池的能量密度就已达到500瓦时/公斤,未来更有望达到上限1000瓦时/公斤。固态电池能量密度更高,就意味着固态电池的续航功能更好,不仅能量多,固态电池充电速度也很快。目前,传统电池的充电速率上限为4C,这意味着要将电池充满需要15分钟。但固态电池的充电速率可以达到6C甚至10C,这意味着理想情况下充满一块固态电池只需要5到6分钟。

不仅又好又快,比起液态电池,固态电池还更安全:液态电池的电解液很容易导致安全隐患,因为电解液分解温度低,温度稍高便会自动分解。新能源汽车起火之后很难扑灭,原因就在于液态电池在高温环境下一边分解一边产生氧气,从外部隔绝氧气只能是“无济于事”。

但相比之下,固态电池就要安全得多,不论是氧化物固态电池,还是硫化物固态电池,其分解温度起码为几百摄氏度甚至上千摄氏度,而且固态电池就算分解也不会产生氧气,比起液态电池而言要安全得多。

生产锂电池

使用手套箱免除安全隐患

在锂电池的生产过程中,由于工艺缺陷或生产过程控制不严,电池中的杂质或水分过多都是危险行为,会增加电池的副反应,导致使用过程中内部压力增大,可能发生爆炸和自燃。因此,锂电池虽然是储能赛道的重量级选手,却因为安全性问题备受诟病,从生产阶段就需要严格把控安全问题,因为无论是电池的使用还是生产,都绕不开保障以及化学危害等一系列安全问题;以锂电池生产为例:金属锂负极由于其化学活性高,易与电解液发生副反应。

燃料电池的生产将面临更多的不可知因素:可以说整个电池的生产过程都是伴随着很多危险问题的,所以在电池生产中,都会使用真空手套箱进行:作为一个全密闭的腔体,把腔体内外的环境完全隔绝开,腔体的一面安装有视窗 和手套,操作人员通过手套对腔体内的物料进行操作:在操作前,对整个箱体抽真空,把箱体内空气完全抽掉,降低水氧含量至0.1ppm以下,然后填充惰性气体气体进行生产。


而生产电池用手套箱,还需要装配专用烘箱以保证整个生产过程中的干燥环境,其技术要求要远远大于一般手套箱;无论是电池材料材料选择还是生产中的种种问题,安全问题都是厂商和用户共同关注的,所以我们在不断探索全新储能方式的同时,也一定要注意在生产中的种种问题。而未来硫锂电池的量化生产,也应该离不开这种特殊的生产保护。