為了提供更便宜，更安全且能夠一次充電500英里的電動汽車，汽車行業(yè)需要在電池技術(shù)方面取得突破。說起來容易做起來難。
日本，中國和美國的科學(xué)家正在努力破解如何顯著提高電池能夠儲存的能量并使EV的行駛里程與滿罐氣體齊化的代碼。這項任務(wù)歸功于固態(tài)技術(shù)，這是對電池內(nèi)部架構(gòu)的徹底改造，使用固體材料代替易燃液體來實現(xiàn)充電和放電。該技術(shù)有望對現(xiàn)有的鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)，汽車制造商表示這些電池組的存儲能力已達(dá)到極限，并且可能永遠(yuǎn)無法為長距離型號提供足夠的電力。
如果能夠掌握它，固態(tài)技術(shù)可以幫助加速內(nèi)燃機(jī)汽車的消亡，并可能將電動汽車充電時間從幾個小時縮短到大約10分鐘。由特斯拉公司制造的增壓器網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在提供一些最快的充電時間，需要大約30分鐘才能將耗盡的汽車降至80％。
位于瑞士Kriegstetten的特斯拉增壓器站
福特汽車公司能源存儲戰(zhàn)略和研究高級經(jīng)理特德米勒說：“如果沒有固態(tài)技術(shù)，我們看不到另一種方法。”該公司研究了旨在提供更強(qiáng)大功能的各種技術(shù)。電動車電池。“我現(xiàn)在無法預(yù)測的是誰將把它商業(yè)化。”
目前，具有固態(tài)電池的最佳原型僅足以將單人車輛推向日本富士山附近的豐田汽車公司 停車場。戴姆勒股份公司（ Daimler AG）和菲斯克公司（Fisker Inc.）等汽車公司正在努力完成這項任務(wù)，中國鋰電巨頭，法國石油公司道達(dá)爾公司（Total SA）以及麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的衍生公司也在努力。菲斯克最早可能會在今年進(jìn)行車輛測試，而豐田和戴姆勒的時間表可延伸至2020年。
包裝更多打孔
固態(tài)電池有望以更小，更簡單的方式為電動汽車增加行駛里程。
賭注是巨大的。預(yù)計電動汽車的采用將推動鋰離子電池的指數(shù)增長，這是內(nèi)燃機(jī)的替代品。BloombergNEF的最新報告發(fā)現(xiàn)，電動公交車和乘用車在2017年的鋰離子電池需求量為44千兆瓦時 - 到2030年，預(yù)計需求量將超過每年1,500千兆瓦時。根據(jù)瑞銀集團(tuán)（UBS Group AG）的數(shù)據(jù)，任何具有超過鋰離子技術(shù)的可行固態(tài)電池的人都可以在所有電動車電池的市場中占據(jù)優(yōu)勢，到2025年將達(dá)到約840億美元，而現(xiàn)在約為230億美元。
固態(tài)成功需要什么
鋰離子技術(shù)是移動電話和個人電子產(chǎn)品在移動電動汽車和公用事業(yè)規(guī)模儲能之前數(shù)十年的標(biāo)準(zhǔn)，它使用液體電解質(zhì)在陽極和陰極之間穿梭離子以對電池充電或放電。顧名思義，固態(tài)電池用固體材料如陶瓷，玻璃或聚合物代替這種液體。
這應(yīng)該可以降低電池爆炸的風(fēng)險，并允許更薄的電池和更小的電池組安裝在汽車座椅下面。研究人員還希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽極配對，以提高能量密度，使電動汽車能夠在不停止的情況下長距離行駛。這可能有助于消除消費(fèi)者對果汁中途耗盡的擔(dān)憂，從而刺激銷售。
要實現(xiàn)這一切，需要解決一系列難題。原型目前的電池壽命對于車輛而言太短并且導(dǎo)致導(dǎo)電性差，成本不足以及在充電或放電時有時劇烈膨脹和材料收縮。日本鋰離子電池技術(shù)與評估中心聯(lián)盟（LIBTEC）常務(wù)董事Yasuo Ishiguro表示，當(dāng)科學(xué)家解決一個問題時，這通常會加劇另一個問題。超過25家公司 - 包括豐田，松下和日產(chǎn)汽車公司 - 獲得了大約9000萬美元的政府資金支持，以加快進(jìn)度。
Henrik Fisker和首席科學(xué)家Fabio Albano博士正在洛杉磯的Fisker固態(tài)技術(shù)實驗室檢查設(shè)備
“在那里的所有成員中，似乎每個人都已經(jīng)解決了五件最重要的事情中的一件或兩件或三件，但沒有人能真正解決所有事情，” 同名洛杉磯董事長兼首席執(zhí)行官Henrik Fisker說道?；贓V制造商。
中國的青島新能源研究所將在兩年內(nèi)試驗汽車，并在2025年之前考慮商用產(chǎn)品。中國最大的電池生產(chǎn)商CATL在其先進(jìn)電池研究中包括固態(tài)產(chǎn)品。韓國三星SDI公司，SK創(chuàng)新公司和現(xiàn)代汽車公司表示，他們也正在研究這項技術(shù)，現(xiàn)在正以英國家電設(shè)備制造商戴森公司（Dyson Ltd.）為目標(biāo)，該公司目標(biāo)是電動汽車。
“對于乘用車，我們應(yīng)該在20世紀(jì)20年代初期看到原型車，”德國斯圖加特戴姆勒公司電池研究主管Andreas Hintennach說。包括梅賽德斯 - 奔馳在內(nèi)的品牌背后的汽車制造商上個月同意到2030年訂購230億美元的當(dāng)前一代鋰離子電池。
大眾汽車公司計劃在2022年與合作伙伴QuantumScape Corp.開始試生產(chǎn)。
這些時間表可能會很樂觀。
“這是一個殘酷的戰(zhàn)場實際上使這些電池工作，沒有人在任何地方接近，”位于科羅拉多州博爾德市的Cairn Energy Research Advisors的行政總監(jiān)Sam Jaffe說。
工人們在Solid Power位于科羅拉多州路易斯維爾的試生產(chǎn)工廠檢查用于開發(fā)固態(tài)電池的設(shè)備
BNEF倫敦分析師詹姆斯弗里斯表示，具有所有承諾優(yōu)勢的固態(tài)電池將在20世紀(jì)20年代末結(jié)束，即使在那時，它們?nèi)匀豢梢远▋r。
特斯拉表示，它經(jīng)常與開發(fā)人員交談，并審查電池原型，但尚未看到一種比現(xiàn)有鋰離子電池更好的技術(shù)。它的Model S一次充電可以行駛335英里（539公里）。“我們看起來盡可能地努力，”首席技術(shù)官JB Straubel在6月的年會上說。“我們都是耳朵，我們很樂意找到它，但我們還沒有找到它。”
特斯拉供應(yīng)商松下表示，它將繼續(xù)研究固態(tài)技術(shù)，盡管在商業(yè)化成為可能之前還存在“許多障礙”。
豐田突破的潛力
根據(jù)競爭對手，學(xué)者和專利數(shù)據(jù)，對豐田的最大希望取決于豐田。
位于日本愛知縣豐田市的豐田COMS超緊湊型電動車
根據(jù)彭博社的Tommy Shen分析，亞洲最大的汽車制造商至少擁有233項關(guān)于該技術(shù)的專利或申請 - 幾乎是其最接近競爭對手?jǐn)?shù)量的三倍。該公司計劃在其電池業(yè)務(wù)上投資1.5萬億日元（139億美元），并計劃在20世紀(jì)20年代初將固態(tài)技術(shù)商業(yè)化，根據(jù)其10月發(fā)布的年度報告。
在過去十年中，豐田一次部署多達(dá)200名員工，主要在靠近富士山的東富士研究中心開展這項技術(shù)。該公司在使用固態(tài)電池為數(shù)字時鐘，兩輪摩托車和傳送帶提供動力方面取得了進(jìn)展，然后在其單座低速汽車COMS的改裝版本中測試了該技術(shù)。LIBTEC的前豐田經(jīng)理Ishiguro表示，該車輛更多地是為研究人員提供靈感而不是運(yùn)輸方式。
福特公司的米勒表示，隨著許多現(xiàn)有的電動車電池制造商專注于提升產(chǎn)量和降低成本，豐田的主要挑戰(zhàn)者可能是美國創(chuàng)業(yè)公司的集群。為了反映這種可能性，大眾去年支付了1億美元來增加其在前斯坦福大學(xué)研究人員和總部設(shè)在加利福尼亞州圣何塞的QuantumScape的股份。
Ionic Materials Inc.總部位于馬薩諸塞州Woburn，是Sun Microsystems的聯(lián)合創(chuàng)始人Bill Joy和一家風(fēng)險投資基金，該基金由汽車制造商Renault SA，Nissan和Mitsubishi Motors Corp.作為支持者?？偛课挥赪oburn的MIT衍生公司SolidEnergy Systems預(yù)計將于2021年開始試用EV，首席執(zhí)行官胡啟超在日本大阪舉行的10月論壇上表示。
總部位于科羅拉多州路易斯維爾的電池公司Solid Power 自2017年12月起與寶馬公司建立了合作伙伴關(guān)系。首席執(zhí)行官道格坎貝爾表示，他相信固態(tài)技術(shù)在汽車領(lǐng)域具有商業(yè)可行性。只是不用再過5到10年。
坎貝爾說：“我不會說我們面前沒有挑戰(zhàn)。” “但我相信，我沒有看到它所說的挑戰(zhàn)：'在這里會有奇跡。'”
日本，中國和美國的科學(xué)家正在努力破解如何顯著提高電池能夠儲存的能量并使EV的行駛里程與滿罐氣體齊化的代碼。這項任務(wù)歸功于固態(tài)技術(shù)，這是對電池內(nèi)部架構(gòu)的徹底改造，使用固體材料代替易燃液體來實現(xiàn)充電和放電。該技術(shù)有望對現(xiàn)有的鋰離子電池組進(jìn)行重大改進(jìn)，汽車制造商表示這些電池組的存儲能力已達(dá)到極限，并且可能永遠(yuǎn)無法為長距離型號提供足夠的電力。
如果能夠掌握它，固態(tài)技術(shù)可以幫助加速內(nèi)燃機(jī)汽車的消亡，并可能將電動汽車充電時間從幾個小時縮短到大約10分鐘。由特斯拉公司制造的增壓器網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在提供一些最快的充電時間，需要大約30分鐘才能將耗盡的汽車降至80％。
位于瑞士Kriegstetten的特斯拉增壓器站
福特汽車公司能源存儲戰(zhàn)略和研究高級經(jīng)理特德米勒說：“如果沒有固態(tài)技術(shù)，我們看不到另一種方法。”該公司研究了旨在提供更強(qiáng)大功能的各種技術(shù)。電動車電池。“我現(xiàn)在無法預(yù)測的是誰將把它商業(yè)化。”
目前，具有固態(tài)電池的最佳原型僅足以將單人車輛推向日本富士山附近的豐田汽車公司 停車場。戴姆勒股份公司（ Daimler AG）和菲斯克公司（Fisker Inc.）等汽車公司正在努力完成這項任務(wù)，中國鋰電巨頭，法國石油公司道達(dá)爾公司（Total SA）以及麻省理工學(xué)院和斯坦福大學(xué)的衍生公司也在努力。菲斯克最早可能會在今年進(jìn)行車輛測試，而豐田和戴姆勒的時間表可延伸至2020年。
包裝更多打孔
固態(tài)電池有望以更小，更簡單的方式為電動汽車增加行駛里程。
賭注是巨大的。預(yù)計電動汽車的采用將推動鋰離子電池的指數(shù)增長，這是內(nèi)燃機(jī)的替代品。BloombergNEF的最新報告發(fā)現(xiàn)，電動公交車和乘用車在2017年的鋰離子電池需求量為44千兆瓦時 - 到2030年，預(yù)計需求量將超過每年1,500千兆瓦時。根據(jù)瑞銀集團(tuán)（UBS Group AG）的數(shù)據(jù)，任何具有超過鋰離子技術(shù)的可行固態(tài)電池的人都可以在所有電動車電池的市場中占據(jù)優(yōu)勢，到2025年將達(dá)到約840億美元，而現(xiàn)在約為230億美元。
固態(tài)成功需要什么
鋰離子技術(shù)是移動電話和個人電子產(chǎn)品在移動電動汽車和公用事業(yè)規(guī)模儲能之前數(shù)十年的標(biāo)準(zhǔn)，它使用液體電解質(zhì)在陽極和陰極之間穿梭離子以對電池充電或放電。顧名思義，固態(tài)電池用固體材料如陶瓷，玻璃或聚合物代替這種液體。
這應(yīng)該可以降低電池爆炸的風(fēng)險，并允許更薄的電池和更小的電池組安裝在汽車座椅下面。研究人員還希望將固體電解質(zhì)與鋰金屬陽極配對，以提高能量密度，使電動汽車能夠在不停止的情況下長距離行駛。這可能有助于消除消費(fèi)者對果汁中途耗盡的擔(dān)憂，從而刺激銷售。
要實現(xiàn)這一切，需要解決一系列難題。原型目前的電池壽命對于車輛而言太短并且導(dǎo)致導(dǎo)電性差，成本不足以及在充電或放電時有時劇烈膨脹和材料收縮。日本鋰離子電池技術(shù)與評估中心聯(lián)盟（LIBTEC）常務(wù)董事Yasuo Ishiguro表示，當(dāng)科學(xué)家解決一個問題時，這通常會加劇另一個問題。超過25家公司 - 包括豐田，松下和日產(chǎn)汽車公司 - 獲得了大約9000萬美元的政府資金支持，以加快進(jìn)度。
Henrik Fisker和首席科學(xué)家Fabio Albano博士正在洛杉磯的Fisker固態(tài)技術(shù)實驗室檢查設(shè)備
“在那里的所有成員中，似乎每個人都已經(jīng)解決了五件最重要的事情中的一件或兩件或三件，但沒有人能真正解決所有事情，” 同名洛杉磯董事長兼首席執(zhí)行官Henrik Fisker說道?；贓V制造商。
中國的青島新能源研究所將在兩年內(nèi)試驗汽車，并在2025年之前考慮商用產(chǎn)品。中國最大的電池生產(chǎn)商CATL在其先進(jìn)電池研究中包括固態(tài)產(chǎn)品。韓國三星SDI公司，SK創(chuàng)新公司和現(xiàn)代汽車公司表示，他們也正在研究這項技術(shù)，現(xiàn)在正以英國家電設(shè)備制造商戴森公司（Dyson Ltd.）為目標(biāo)，該公司目標(biāo)是電動汽車。
“對于乘用車，我們應(yīng)該在20世紀(jì)20年代初期看到原型車，”德國斯圖加特戴姆勒公司電池研究主管Andreas Hintennach說。包括梅賽德斯 - 奔馳在內(nèi)的品牌背后的汽車制造商上個月同意到2030年訂購230億美元的當(dāng)前一代鋰離子電池。
大眾汽車公司計劃在2022年與合作伙伴QuantumScape Corp.開始試生產(chǎn)。
這些時間表可能會很樂觀。
“這是一個殘酷的戰(zhàn)場實際上使這些電池工作，沒有人在任何地方接近，”位于科羅拉多州博爾德市的Cairn Energy Research Advisors的行政總監(jiān)Sam Jaffe說。
工人們在Solid Power位于科羅拉多州路易斯維爾的試生產(chǎn)工廠檢查用于開發(fā)固態(tài)電池的設(shè)備
BNEF倫敦分析師詹姆斯弗里斯表示，具有所有承諾優(yōu)勢的固態(tài)電池將在20世紀(jì)20年代末結(jié)束，即使在那時，它們?nèi)匀豢梢远▋r。
特斯拉表示，它經(jīng)常與開發(fā)人員交談，并審查電池原型，但尚未看到一種比現(xiàn)有鋰離子電池更好的技術(shù)。它的Model S一次充電可以行駛335英里（539公里）。“我們看起來盡可能地努力，”首席技術(shù)官JB Straubel在6月的年會上說。“我們都是耳朵，我們很樂意找到它，但我們還沒有找到它。”
特斯拉供應(yīng)商松下表示，它將繼續(xù)研究固態(tài)技術(shù)，盡管在商業(yè)化成為可能之前還存在“許多障礙”。
豐田突破的潛力
根據(jù)競爭對手，學(xué)者和專利數(shù)據(jù)，對豐田的最大希望取決于豐田。
位于日本愛知縣豐田市的豐田COMS超緊湊型電動車
根據(jù)彭博社的Tommy Shen分析，亞洲最大的汽車制造商至少擁有233項關(guān)于該技術(shù)的專利或申請 - 幾乎是其最接近競爭對手?jǐn)?shù)量的三倍。該公司計劃在其電池業(yè)務(wù)上投資1.5萬億日元（139億美元），并計劃在20世紀(jì)20年代初將固態(tài)技術(shù)商業(yè)化，根據(jù)其10月發(fā)布的年度報告。
在過去十年中，豐田一次部署多達(dá)200名員工，主要在靠近富士山的東富士研究中心開展這項技術(shù)。該公司在使用固態(tài)電池為數(shù)字時鐘，兩輪摩托車和傳送帶提供動力方面取得了進(jìn)展，然后在其單座低速汽車COMS的改裝版本中測試了該技術(shù)。LIBTEC的前豐田經(jīng)理Ishiguro表示，該車輛更多地是為研究人員提供靈感而不是運(yùn)輸方式。
福特公司的米勒表示，隨著許多現(xiàn)有的電動車電池制造商專注于提升產(chǎn)量和降低成本，豐田的主要挑戰(zhàn)者可能是美國創(chuàng)業(yè)公司的集群。為了反映這種可能性，大眾去年支付了1億美元來增加其在前斯坦福大學(xué)研究人員和總部設(shè)在加利福尼亞州圣何塞的QuantumScape的股份。
Ionic Materials Inc.總部位于馬薩諸塞州Woburn，是Sun Microsystems的聯(lián)合創(chuàng)始人Bill Joy和一家風(fēng)險投資基金，該基金由汽車制造商Renault SA，Nissan和Mitsubishi Motors Corp.作為支持者?？偛课挥赪oburn的MIT衍生公司SolidEnergy Systems預(yù)計將于2021年開始試用EV，首席執(zhí)行官胡啟超在日本大阪舉行的10月論壇上表示。
總部位于科羅拉多州路易斯維爾的電池公司Solid Power 自2017年12月起與寶馬公司建立了合作伙伴關(guān)系。首席執(zhí)行官道格坎貝爾表示，他相信固態(tài)技術(shù)在汽車領(lǐng)域具有商業(yè)可行性。只是不用再過5到10年。
坎貝爾說：“我不會說我們面前沒有挑戰(zhàn)。” “但我相信，我沒有看到它所說的挑戰(zhàn)：'在這里會有奇跡。'”
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