讓豐田汽車為之傾倒的固態電池

 行業研究     |      2020-03-29 22:49
期,李蘭娟院士提議,“這次疫情結束以后,希望國家給青年人一代樹立正確的人生導向。高薪留給德才兼備的科研、軍事人員,適當管控娛樂圈動輒上千萬的片酬!只有少年強則國強!為祖國培養自己的棟梁之才!”沒錯,科技才是一個國家發展的未來,

是的,這次我們也從偉大的新能源科學家諾貝爾獎獲得者JohnB. Goodenough發表文章進行論述一下關于固態電池的發展動態。

1)JohnB.GoodenoughMaria HelenaBraga 這兩位教授2017年在Energy& Environmental Science(能源材料相關的權威期刊)上發表一篇新型的Li-S固態電池。

 

                           

 

文章中,LiS沒有按照傳統的化學反應生成Li2S而是S單質。文章中特殊的反應機理已經顛覆電池的基本原理—通過化學反應中的化學能轉化產生電能。一種全新的固態可再充電金屬電池,在25℃下,金屬鋰或鈉作為陽極,使用Li+  Na+玻璃電解質(它們陽離子導電率σi > 10−2 S cm−1,運動焓ΔHm = 0.06eV)。在放電過程中,電池將高能量納米級陽極金屬(如鋰或鈉)轉移到低能能量納米級的陰極集流體上;電池的電壓可由陰極氧化還原中心確定,陰極氧化還原中心的能量介于陽極和陰極之間。電池放電圖如下:

 

 

在文章中得到了證明,固體電解質不僅可以潤濕金屬陽極,而且具有介電常數,能夠在兩個電極/電解質界面上產生大的雙電層電容。這部分主要是讓部分鋰在硫正極的另一側、部分硫在鋰的另一側,通過電化學重新生成(非常容易),然后在重新生成這一側,有電壓差,這個界面就變成了雙層電容器,通過在電池里嵌入雙層電容器的結構增加電池容量。

但不管怎么樣,它絕對是一種安全、低成本、高能量密度和長循環壽命的鋰或鈉充電電池。文章中對于電池原理的描述如下:

 

數據來源:知乎

 

22018John B. GoodenoughMaria Helena Braga教授聯合通訊發表的一篇JACS論文。論文中提到的固體電解質,可以提升電池陰極的能量密度,還能夠延長電池的壽命。

 

 

 

其實早在183月的歐洲某次報告上,Braga就展示了這個研究成果。這篇文章中研究的固態電池,隨著充放電過程的進行,電池的容量不但不會衰減,還會不斷的增加。充放電300多圈后,電池的容量由一開始的100mAh/g增加到將近600mAh/g。

 

數據來源:知乎

 

因為這個出色的結果,鋰電學術界出現了兩種比較極端的評論。一面正面樂觀評論,如果這類研究可以轉化到商業應用,將會帶來不可思議的商業機會,會影響全球鋰電領域的技術路線。另外一方面悲觀消極評論,很明顯這樣的電池電極發生了大量的副反應,很可能有很多潛在的問題和不合理的現象,只是在文章中可以回避掉,未來沒有商業機會,很難突破。

比較客觀從技術和商業角度來看,固態電池的開發已然成為下一代電池戰略的一部分。咱們再從企業角度來分析看一下,這次主要講一下豐田汽車。

豐田汽車公司主導的電動汽車技術研發聯盟,包含了豐田、馬自達、電裝、鈴木、斯巴魯、日野汽車及大發工業多家公司,為的是共享知識、降低成本、加速研發。

 

數據來源:第一電動車網

 

以上目標為導向試圖做出改變的日本汽車產業,整體策略的基礎是對純電動汽車的看法。從這個意義上,在開發固態電池上,豐田并不像是一個整車OEM企業,倒像是一個核心供應商,通過鎖定其他車企的需求并均攤研發費用,從而把它作為一個大事業來做。

隨著國內外車企對電池性能的訴求增加,以及各個國家政策對車的高里程,對電池高能量密度要求,在原有路徑提升有困難的情況下,通過固態電池技術路線,解決鋰離子電池的安全性問題(鋰枝晶)和續航能力(比如2020年實現300 wh·kg-1的能量密度),還是值得高投入的項目。

 

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期,李蘭娟院士提議,“這次疫情結束以后,希望國家給青年人一代樹立正確的人生導向。高薪留給德才兼備的科研、軍事人員,適當管控娛樂圈動輒上千萬的片酬!只有少年強則國強!為祖國培養自己的棟梁之才!”沒錯,科技才是一個國家發展的未來,

是的,這次我們也從偉大的新能源科學家諾貝爾獎獲得者JohnB. Goodenough發表文章進行論述一下關于固態電池的發展動態。

1)JohnB.GoodenoughMaria HelenaBraga 這兩位教授2017年在Energy& Environmental Science(能源材料相關的權威期刊)上發表一篇新型的Li-S固態電池。

 

                           

 

文章中,LiS沒有按照傳統的化學反應生成Li2S而是S單質。文章中特殊的反應機理已經顛覆電池的基本原理—通過化學反應中的化學能轉化產生電能。一種全新的固態可再充電金屬電池,在25℃下,金屬鋰或鈉作為陽極,使用Li+  Na+玻璃電解質(它們陽離子導電率σi > 10−2 S cm−1,運動焓ΔHm = 0.06eV)。在放電過程中,電池將高能量納米級陽極金屬(如鋰或鈉)轉移到低能能量納米級的陰極集流體上;電池的電壓可由陰極氧化還原中心確定,陰極氧化還原中心的能量介于陽極和陰極之間。電池放電圖如下:

 

 

在文章中得到了證明,固體電解質不僅可以潤濕金屬陽極,而且具有介電常數,能夠在兩個電極/電解質界面上產生大的雙電層電容。這部分主要是讓部分鋰在硫正極的另一側、部分硫在鋰的另一側,通過電化學重新生成(非常容易),然后在重新生成這一側,有電壓差,這個界面就變成了雙層電容器,通過在電池里嵌入雙層電容器的結構增加電池容量。

但不管怎么樣,它絕對是一種安全、低成本、高能量密度和長循環壽命的鋰或鈉充電電池。文章中對于電池原理的描述如下:

 

數據來源:知乎

 

22018John B. GoodenoughMaria Helena Braga教授聯合通訊發表的一篇JACS論文。論文中提到的固體電解質,可以提升電池陰極的能量密度,還能夠延長電池的壽命。

 

 

 

其實早在183月的歐洲某次報告上,Braga就展示了這個研究成果。這篇文章中研究的固態電池,隨著充放電過程的進行,電池的容量不但不會衰減,還會不斷的增加。充放電300多圈后,電池的容量由一開始的100mAh/g增加到將近600mAh/g。

 

數據來源:知乎

 

因為這個出色的結果,鋰電學術界出現了兩種比較極端的評論。一面正面樂觀評論,如果這類研究可以轉化到商業應用,將會帶來不可思議的商業機會,會影響全球鋰電領域的技術路線。另外一方面悲觀消極評論,很明顯這樣的電池電極發生了大量的副反應,很可能有很多潛在的問題和不合理的現象,只是在文章中可以回避掉,未來沒有商業機會,很難突破。

比較客觀從技術和商業角度來看,固態電池的開發已然成為下一代電池戰略的一部分。咱們再從企業角度來分析看一下,這次主要講一下豐田汽車。

豐田汽車公司主導的電動汽車技術研發聯盟,包含了豐田、馬自達、電裝、鈴木、斯巴魯、日野汽車及大發工業多家公司,為的是共享知識、降低成本、加速研發。

 

數據來源:第一電動車網

 

以上目標為導向試圖做出改變的日本汽車產業,整體策略的基礎是對純電動汽車的看法。從這個意義上,在開發固態電池上,豐田并不像是一個整車OEM企業,倒像是一個核心供應商,通過鎖定其他車企的需求并均攤研發費用,從而把它作為一個大事業來做。

隨著國內外車企對電池性能的訴求增加,以及各個國家政策對車的高里程,對電池高能量密度要求,在原有路徑提升有困難的情況下,通過固態電池技術路線,解決鋰離子電池的安全性問題(鋰枝晶)和續航能力(比如2020年實現300 wh·kg-1的能量密度),還是值得高投入的項目。

 

 

 

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