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浅谈电动汽车和动力电池技术发展趋势

2017-05-10 10:55
逆光飞舞
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下图对比了几种类型电池的能量、功率密度特性。从图中可以看到,全固态电池在能量和功率特性上超过了如今的锂离子电池。在能量特性方面稍逊于锂硫电池、镁离子电池和锂空气电池等新型电池。回顾固态电解质的研究历史,多种电解质材料都得到了广泛的研究。在2011-2016期间,东京工业大学的Ryoji Kanno教授发现了锂、锗、磷、硫基超离子导体,它们作为固态电解质 的离子导电率都超过液态电解液。2016年, Ryoji Kanno和丰田汽车的Yuki Kato博士等报道了新的超离子导体,实验室的研究数据显示:其中一种Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3材料的离子导电率高达25mS/cm,另一种Li9.6P3S12材料也显示出较高的电化学稳定性(~0V vs.锂),试验电池的工作温度范围很宽,在-30~100摄氏度之间,功率特性优于液态电解液的电池,快充性能极好,达到18C,循环寿命在500次容量保持率为75%。当然,这些实验室的研究成果还需要投入很多进一步的研究才能达到产业化的阶段。

在科技转化为商品的发展过程中,通常会用“魔鬼之河Devil's River”、“死亡之谷Valley of Death”和“达尔文海Darwin's sea”来形容从基础研究、产品开发和大规模商业化的几个阶段:

跨越魔鬼之河:需要克服基础研究和应用研究之间的困难和障碍

跨越死亡之谷:需要克服应用研究和商业化的之间的困难和障碍

跨越达尔文海:需要克服产品化和商业化之间的困难和占该,或者寻找新的商业模式

下图概括了锂离子电池跨越上述三个阶段的时间,同时也对全固态电池的阶段进行了预测。全固态电池的研究可以追溯到19世纪70年代,如今经过40多年了,一些新的超离子导体逐步被发现,这使得固态电池有机会逐渐从研究阶段向产品开发阶段推进变得有可能,这就可以看作是跨越了魔鬼之河。当很多人问到全固态电池什么时候可以实现商业化这个问题时,或许用这句话可以概括:它还需要穿越“死亡之谷”和“达尔文海”。正如如今的锂离子电池也是经过十多年才跨越三个阶段,而全固态电池或许还有更长的路要走完剩下的两个阶段,或许还需要10-20年?

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