華爾街日報》電動汽車的下一個戰場:比鋰電池更安全、充電更快的固態電池

2021-09-30 09:39

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矽谷初創公司QuantumScape在12月表示已取得突破,成功測試了其使用了固態材料的電池。(NICHOLAS ALBRECHT FOR THE WALL STREET JOURNAL)

矽谷初創公司QuantumScape在12月表示已取得突破,成功測試了其使用了固態材料的電池。(NICHOLAS ALBRECHT FOR THE WALL STREET JOURNAL)

汽車公司在爭相製造價格更便宜且續航裡程更長的電動汽車之際,正投入更多資金來研發一項長期以來被視為極難實現的技術:固態電池。

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目前大多數電動汽車使用的是鋰離子電池。這些年來,鋰離子電池的功率已變得越來越強大,造價也越來越便宜,但這種電池具有局限性,比如有起火的風險。


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汽車行業的高管和分析師稱,固態電池有可能縮短充電時間,並可通過去除鋰離子電池所使用的易燃電解質溶液而使電池組變得更加安全。

然而,固態電池技術仍然耗費巨大,而且在現實生活中也沒有相對可靠的應用實例,預計將需要花費多年時間才能解決應用障礙,把這項技術普及到大眾市場。

豐田汽車公司(Toyota Motor Corp., 7203.TO)正試圖自行開發固態電池單元。該公司在本月早些時候表示,需要更多時間來開發可用於全電動汽車的技術,儘管該公司現階段將在混合動力汽車中使用較小型的固態電池。

福斯汽車(Volkswagen AG, VOW.XE)、福特汽車公司(Ford Motor Co., F)和BMW汽車公司(Bayerische Motoren Werke AG, BMW.XE)等其他主要汽車生產商已對研發固態電池的初創公司進行了投資,以幫助這些初創企業完善技術,從而將這種技術應用於大規模生產。

諮詢公司艾睿鉑(AlixPartners)估計,到目前為止,一些領先的電池初創企業已經從汽車製造商和金融投資者那裡獲得了約20億美元的投資,其中約一半資金投給了QuantumScape Corp. (QS),該公司的投資者包括比爾.蓋茲(Bill Gates)和福斯汽車。

圖為QuantumScape位於加利福尼亞州聖何塞實驗室的工作人員。福斯汽車是該公司的投資者之一。(NICHOLAS ALBRECHT FOR THE WALL STREET JOURNAL)
圖為QuantumScape位於加利福尼亞州聖何塞實驗室的工作人員。福斯汽車是該公司的投資者之一。(NICHOLAS ALBRECHT FOR THE WALL STREET JOURNAL)

近年來,隨著汽車企業大舉押注電動汽車,打造出性能更好的汽車電池的壓力與日俱增。諮詢公司艾睿鉑的汽車部門董事總經理John Loehr說,過去一年,全球範圍內對插電式電動車型的投資增加了40%。

研發固態電池技術仍是一項長期事業。Loehr說,這種電池可能需要近十年時間才能量產。但他補充說,汽車製造商現在正在進行投資,以獲取專業技術,併為將來的電池製造業務做準備。

Loehr說:「別人有了這種技術而自己沒有,車企不想遭遇這樣的尷尬。」

鋰離子電池技術在二十世紀八、九十年代取得進步,為特斯拉(Tesla Inc., TSLA)的誕生創造了條件,特斯拉是第一家在商業上取得成功的電動汽車製造商。自那以來,使用液態電解質的鋰離子電池一次充電續航裡程不斷提升,價格也比剛剛問世時便宜很多。

但鋰離子電池也有缺點。通用汽車公司(General Motors Co., GM)最近召回了約14.2萬輛雪佛蘭Bolt電動汽車,以解決一個與電池起火有關的製造缺陷。一些汽車公司已經因電池起火隱患而不得不召回電動汽車,並對購車客戶發出警告,稱在該問題解決之前不要給汽車滿格充電或把汽車停放在車庫裡。

行業高管和分析師表示,固態技術將使電池更加安全,因為固態電池所用的核心材料不太可能是可燃物。

UBS Research的電池技術分析師Tim Bush表示,鋰離子電池的一個大問題是,隨著能量密度的提高,起火的風險也在增加。

Bush說道:「如果我們不用電解質,用固體材料取而代之,那就不再有起火的安全風險,而且能量密度是現有電池的兩倍。」

目前還沒人成功開發出可大規模生產、可在數以百萬計汽車中使用的固態電池。但一些初創公司滿懷希望地認為,通過與擁有上百年大規模生產經驗的汽車製造商合作,他們能夠實現這一目標。

去年12月,矽谷初創公司QuantumScape宣布取得突破性進展,成功測試了使用其固態材料的電池。

今年3月,福斯汽車稱,公司的電池科學家們已在公司實驗室獨立驗證了QuantumScape的測試,並同意向這家初創公司追加投資1億美元,總投資額達到3億美元。QuantumScape目前市值約105億美元。

福斯汽車還原則上同意建造一個試點設施,使用QuantumScape技術製造可用於電動汽車的固態電池。該試點項目仍未最終獲批,正等待德國政府決定是否對該項目提供財政支持。

福斯汽車電池開發負責人Frank Blome在3月份表示:「固態技術將顛覆行業格局。」

在QuantumScape相關消息傳出後,BMW汽車和福特汽車在5月宣布,它們將向正在開發固態電池的Solid Power Inc.投資1.3億美元。

Solid Power的首席執行官Doug Campbell表示,該公司將建設一條試生產線,明年開始生產「汽車級」固態電池。

BMW汽車首席執行官Oliver Zipse在9月的慕尼黑車展間隙向記者表示:「我們相信,如果出現下一項技術,將會是固態電池。」

儘管Zipse相信這一技術,但他對於該技術能以多快的速度投入大規模生產持懷疑態度,因為製造成本以及其在極端炎熱和寒冷氣候下安全工作的能力都是未知數。

Zipse說:「成本問題尚未解決。」他還表示:「電動汽車和這種電池必須具備一個非常寬的工作溫度範圍。」

豐田汽車去年製造了一輛使用固態電池的原型車,並對其進行了一系列測試。豐田汽車首席技術官Masahiko Maeda本月稱,測試結果表明,這些電池的輸出功率高於傳統的鋰離子電池。但該公司也發現,這些電池的使用壽命較短。

Maeda在該公司的一次技術活動上向媒體記者表示:「為解決這一問題和其他問題,我們需要繼續進行研發工作,主要是針對固體電解質材料的研發。」

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