什么是固态电池，为什么它们很重要？

多年来，电池技术取得了长足的进步。 如果没有先进的现代电池技术，无人机和智能手机等小工具将是不切实际的。

但是，电池总是可以更好！

固态电池似乎是下一个重大进步，使用它们的产品指日可待。 这意味着现在是熟悉它们是什么以及它们为何重要的最佳时机。

“固态”是什么意思？

无论是铅酸汽车电池、一次性碱性电池还是手机中的锂聚合物电池，它们都使用液体电解质。 电解液是连接电池内部两个端子的导电物质。 电子流过电解液，使电池要么积累电荷，要么放电。

固态电池使用固体电解质，而不是传统的液体电解质。 这是两种电池技术之间唯一的根本区别。 这听起来很简单，但工程师和科学家几十年来一直在努力想出一种可以充当电解质的固体材料。

固态电池有什么难的？

各种材料，例如陶瓷和锂金属，都具有作为固态电解质的潜力。 问题是陶瓷方法导致电池性能不佳。 锂金属很有前途，但也有一个致命的缺陷。 随着电池的充电和放电，金属“枝晶”会在电解液中生长。 电池可能会短路并造成危险。

在过去几年中，为这些问题寻找实用且经济可行的解决方案一直是多家公司和研究团队的使命。 现在这项工作即将获得回报。

为什么要经历所有这些麻烦？ 让我们看看固态电池相对于传统电池的优势。

安全

电池储存了大量的能量，并且总是存在这种能量以不受控制的方式释放的危险。 发生这种情况时，可能意味着火灾、爆炸和其他不良后果。 假设枝晶问题得到解决，固态电池有望更安全、更稳定。 一方面，它们不易燃，因此电池起火应该成为过去。

这不仅对汽车和无人机等电动汽车很重要，对智能手机和笔记本电脑等个人电子产品也很重要。 每年都有许多人因电子产品中的电池起火而受伤。 结果整个房子都被烧毁了！

充电速度

现代锂电池可以以惊人的速度充电，但它们仍然需要很长时间才能充满。 在传统锂离子电池全部横向运行之前，您可以注入多少能量是有限度的。 固态电池的充电速度有望比我们目前使用的电池快六倍。 这意味着在 5 分钟内将您的手机从空电充满到满电，或者在 15 分钟内将电动汽车充电至 80%。

能量容量和大小

锂离子电池目前具有向公众出售的所有电池类型中最高的能量密度。 然而，它的密度仍然比汽油低很多倍。 虽然固态电池不能使电池达到与天然气相提并论的水平，但它确实有望将每体积的能量密度提高一倍以上。

换句话说，如果您使用固态型号更换手机中的电池，理论上它可以运行两倍的时间而不会增加尺寸。 这是电动汽车的另一个​​大卖点，由于里程焦虑，电动汽车并没有那么受欢迎。

寿命和耐用性

大多数当前的锂离子电池在大约 500 次完整的充放电循环后开始退化。 在那之后，电池开始失去它的容量，直到它几乎不能保持充电。 在现在倾向于使用密封电池的智能手机中，这对设备的使用寿命提出了严格的限制。 固态电池有望大大提高这一限制。 多达五次。

因此，典型的日常使用手机电池可能会在两到三年后开始退化，而固态电池将保持其额定容量长达十五年。 在电动汽车中，更换电池的成本非常高，这可能会对此类车辆的拥有成本产生巨大影响。

固态电池的弱点

如果这一切听起来好得令人难以置信，那么该技术有一些警告。 在实现固态电池技术的广泛采用之前，其中一些问题仍然需要解决。

• 成本也许是最大的敌人。 研究团队和初创公司正在努力使这些电池的生产过程更便宜且可扩展。 一些公司声称很接近，但在我们看到使用这些电池的产品的实际价格之前，我们不会知道他们有多成功。

• 这些电池也在低温下挣扎。 因此，将它们绝缘或保持在良好工作温度的解决方案是挑战的一部分。

什么时候可以购买固态电池？

有几家公司，如 Solid Power 和 QuantumScape，声称处于商业固态电池应用的风口浪尖。

丰田计划最早在 2021 年销售固态电池电动汽车。Solid Power 和 QuantumScape 的目标是分别在 2022 年和 2024 年推出用于汽车的电池。 这意味着在接下来的几年中，我们可能正处于电池革命的开端。

那是在我们甚至进入使用石墨烯的可能性之前。 这种神奇的材料有望带来更好的电池，无论它们是否含有液体或固体电解质。 让石墨烯发挥作用的时间比预期的要长，但科学家和工程师现在已经可以购买混合石墨烯移动电源了。 真的，未来就在这里。