日本電動車落後,卻試圖掌握固態電池主導權!研發10年仍未商業化,這種電池多難製造?

2023-04-10 09:40

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日本電動車落後,卻試圖掌握固態電池主導權。(圖/Pxhere)

日本電動車落後,卻試圖掌握固態電池主導權。(圖/Pxhere)

不能忽略固態電池的發展

雖然鋰離子電池現在是電動車的主流,但是等到固態電池(solid-state battery)研發完成後,當今的鋰離子電池生態系統將有可能變成無用之物。所以說,推估固態電池什麼時候可能商業化,是一件極為重要的事。

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電動車上一般搭載的電池都是鋰離子電池,如果想要發電的話,鋰離子就必須在正極與負極之間游移,鋰離子移動的通道由液體電解質所組成,正極與負極之間則是由隔膜做為分隔。

固態電池指稱使用固體電解質取代液體電解質的電池。由於液體電解質容易著火,當溫度上升或火花飛濺時,存在爆炸的風險,但是固體電解質是相對穩定的物質,優點在於爆炸或起火的可能性非常之低。除此之外,固態電池不需要只用隔膜與負極材料,體積可以更薄,又可以在短時間內充電,電池容量也可以擴增,優點非常之多。然而這些目前都只是理論,還沒有達到可以商業化的階段。

2020 年 3 月三星電子綜合技術院表示,他們開發出了一款可以提升負極穩定性的技術,又朝固態電池商業化邁進了一步。如果這項技術得以實現,電動車只需要充電一次,就可以行駛 800 公里,是現有電動車的兩倍,而且還可以充、放電一千次以上。但如果想要穩定使用該技術,就必須要進一步開發與完善其他幾種複合技術。也就是說,為了解決一個問題,必須同時解決新出現的其他二到三種問題,在這個過程中,最後會導致生產成本增加,理論上可行的性能會逐漸衰弱,可能導致離商業化的可能性愈來愈遠。

1980 年代固態電池的概念首度被提出時,也有很多對商業化的否定意見。因為固態電池跟現有的鋰電池不同,使用固態電解時的話會使離子的傳導度大幅下降。但是日本豐田汽車在 2010 年使用硫化物(sulfides)做為固態電池的電解物質,大幅提升了離子的傳導度。爾後,固態電池研發又再次活躍了起來,大部分的後續技術開發都基於硫化物電解質之上。但是到目前為止,硫化物還是有傳導度低於液體電解質,容易受潮,製造過程繁瑣等缺點,而且硫化物必須在濕度維持在 0.1% 以下的除濕工廠進行生產,這會大幅提升工廠維護的費用。想要改變材料所產生的費用更高,所以就算轉型為固態電池,是否能降低生產費用也還是個問號。這也是為什麼固態電池「還離你我很遙遠」。

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2020 年12 月《日本經濟新聞》頭版上出現了一篇報導,題目為〈日本固態電池實用化正在加速進行中〉,從這篇報導上我們可以感受到日本想要透過固態電池,在輸給韓國與中國的車用電池產業上,重新找回市場主導權。日本成功率領全球實現車用電池的商業化,但是在這個電動車市場門戶大開的時代,日本的存在感卻已蕩然無存。由於日本沒能在電池型態轉型做出應對,也沒能進行赤字產業的先行投資,因為這種封閉式的事業戰略,使得日本在車用電池市場上,除了供應傳統圓柱形電池的 Panasonic 以外,沒有其他公司得以嶄露頭角。日本在鋰離子電池產業上已經沒有勝算,只能夠暫時旁觀。但是在新技術上,日本抱持著一定要掌握主導權的信念,大學、企業、研究所正在卯足全力研究固態電池。豐田汽車正在進行一項計畫,目標是在 2030 年把固態電池的生產費用與充電時間,降到比目前的鋰離子電池的三分之一以下。綜合日本與韓國固態電池專家的意見,固態電池想要商業化並且使用在電動車上,至少必須等到 2030 年。

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