新的固态锂离子储能技术仍处于研发阶段,固态锂离子储能技术已经吸引了喜欢在更小的空间中,加入更多动力的电动汽车制造商,固态锂离子储能技术同时还能减轻重量、提高性能并提高安全性。

对于那些刚接触这个话题的人来说,传统的锂离子电池是基于液体电解质的,除非设计得当,否则可能会有点暴躁。

一种新兴的解决方案是完全放弃液体电解质,转而采用固体材料,例如专用陶瓷。固态方法也是一种棘手的方法,但追求固态独角兽的科学家之一,是著名的德克萨斯大学研究员约翰古迪纳夫,他因发明了当今可充电锂离子技术而广受赞誉。

固态电池材料在 19 世纪早期是众所周知的事情,但直到 2020 年,固态电池的商业兴趣才真正得到提振,当时这个想法像火箭一样在电动汽车领域起飞。

固态电池公司 QuantumScape 目前引用了与包括大众汽车集团在内的三家汽车制造商,两家公司于 2015 年开始在固态电动汽车电池方面开展合作。

从那以后,固态电池公司 QuantumScape 加大了赌注,计划在德国建立一个试点制造工厂。在最近给股东的一封信中,QauntumScape 描述了电池制造计划,并发布了一份关于其四层固态电池的进度报告,每层由“一个阴极、一个固态隔膜和一个原位形成的锂金属阳极组成。”

固态电池公司 QuantumScape 宣布与领先的能源技术公司 Fluence达成协议,这是其锂金属电池技术的首个非汽车合作伙伴。这是一个重大的发展,市场分析师 IDTechEx 还假设电动汽车将引领对固态电池的需求,其次是智能手机。

战略关系将两家领先的技术创新公司聚集在一起,专注于加速清洁能源的采用和减少全球碳排放,随着特定技术和商业里程碑的实现,两家公司将合作开发首创的解决方案,将 QuantumScape 的电池技术整合到 Fluence 固定式储能产品中。

两家公司都在关注未来几年固定式储能的高速增长。Fluence 在部署能源存储以改善输电网络,以及更换新的天然气峰值工厂方面已经拥有良好的记录。作为连接西门子和公用事业公司 AES 的合作伙伴公司,Fluence 处于有利位置,可以在这些锂金属电池下线时加速其上市。

2021年春天,丰田、现代、福特、奔驰和宝马开始试用固态电池组。通用汽车在与韩国公司 POSCO Chemical 建立合作伙伴关系时,暗示了其未来的固态电池雄心。

最近发表在《自然》杂志上的一项研究出现了一个特别有趣的发展,该研究描述了“一类具有三维互连塑料晶相的弹性固态电解质”。新电解质展示了“机械强度、高离子电导率、低界面电阻和高锂离子迁移数的结合”以及“实现高能固态锂电池稳定运行的强大策略”。该研究是韩国高级科学技术学院和佐治亚理工学院之间的合作。

GIT 在关于这项新研究的新闻稿中解释说,弹性体是常见的合成橡胶。当话题转向下一代储能材料时,橡胶并不是第一个想到的材料,但研究团队为他们的弹性体赋予了高科技扭曲,将其转变为具有卓越机械韧性的快速锂离子传输高速公路”,从而使电池充电时间更长,可以走得更远。

“关键的突破是允许材料在坚固的橡胶基体中形成三维互连的塑料晶相。这种独特的结构带来了高离子电导率、卓越的机械性能和电化学稳定性。”GIT 解释道。

新的电解质可以防止锂枝晶的生长,而锂枝晶的生长会困扰他们的液体对应物。GIT 还指出,制造新电解质是一种相对简单的低温工艺,可产生高质量的结果。

电动汽车供应链观察家一直在关注锂供应链。普遍的共识是,随着储能市场的起飞,可用性需要大幅上升。

固态技术可以提供帮助,部分原因是引入具有更长生命周期的更坚固的电池,并通过整理回收途径。然而,随着对电池的需求加速,全球锂供应链仍需自力更生。

锂矿开采和盐水提取是手头的两种解决方案,但它们很容易与环境和文化保护目标发生冲突。锂研发的一个更有希望的领域是不使用大型蒸发泻湖的地热提取。

2021 年 6 月,美国能源部的朋友绘制了一份美国锂供应蓝图,并指出“预计未来十年全球锂电池市场将增长 5 到 10 倍。美国的工业基础必须要能够应对市场需求的巨大增长,否则这可能会使亚洲和欧洲资源充足的竞争对手受益。”