什麼是固態電池，為什麼它們很重要？

多年來，電池技術取得了長足的進步。 如果沒有先進的現代電池技術，無人機和智能手機等小工具將是不切實際的。

但是，電池總是可以更好！

固態電池似乎是下一個重大進步，使用它們的產品指日可待。 這意味著現在是熟悉它們是什麼以及它們為何重要的最佳時機。

“固態”是什麼意思？

無論是鉛酸汽車電池、一次性鹼性電池還是手機中的鋰聚合物電池，它們都使用液體電解質。 電解液是連接電池內部兩個端子的導電物質。 電子流過電解液，使電池要么積累電荷，要么放電。

固態電池使用固體電解質，而不是傳統的液體電解質。 這是兩種電池技術之間唯一的根本區別。 這聽起來很簡單，但工程師和科學家幾十年來一直在努力想出一種可以充當電解質的固體材料。

固態電池有什麼難的？

各種材料，例如陶瓷和鋰金屬，都具有作為固態電解質的潛力。 問題是陶瓷方法導致電池性能不佳。 鋰金屬很有前途，但也有一個致命的缺陷。 隨著電池的充電和放電，金屬“枝晶”會在電解液中生長。 電池可能會短路並造成危險。

在過去幾年中，為這些問題尋找實用且經濟可行的解決方案一直是多家公司和研究團隊的使命。 現在這項工作即將獲得回報。

為什麼要經歷所有這些麻煩？ 讓我們看看固態電池相對於傳統電池的優勢。

安全

電池儲存了大量的能量，並且總是存在這種能量以不受控制的方式釋放的危險。 發生這種情況時，可能意味著火災、爆炸和其他不良後果。 假設枝晶問題得到解決，固態電池有望更安全、更穩定。 一方面，它們不易燃，因此電池起火應該成為過去。

這不僅對汽車和無人機等電動汽車很重要，對智能手機和筆記本電腦等個人電子產品也很重要。 每年都有許多人因電子產品中的電池起火而受傷。 結果整個房子都被燒毀了！

充電速度

現代鋰電池可以以驚人的速度充電，但它們仍然需要很長時間才能充滿。 在傳統鋰離子電池全部橫向運行之前，您可以注入多少能量是有限度的。 固態電池的充電速度有望比我們目前使用的電池快六倍。 這意味著在 5 ​​分鐘內將您的手機從空電充滿到滿電，或者在 15 分鐘內將電動汽車充電至 80%。

能量容量和大小

鋰離子電池目前具有向公眾出售的所有電池類型中最高的能量密度。 然而，它的密度仍然比汽油低很多倍。 雖然固態電池不能使電池達到與天然氣相提並論的水平，但它確實有望將每體積的能量密度提高一倍以上。

換句話說，如果您使用固態型號更換手機中的電池，理論上它可以運行兩倍的時間而不會增加尺寸。 這是電動汽車的另一個大賣點，由於里程焦慮，電動汽車並沒有那麼受歡迎。

壽命和耐用性

大多數當前的鋰離子電池在大約 500 次完整的充放電循環後開始退化。 在那之後，電池開始失去它的容量，直到它幾乎不能保持充電。 在現在傾向於使用密封電池的智能手機中，這對設備的使用壽命提出了嚴格的限制。 固態電池有望大大提高這一限制。 多達五次。

因此，典型的日常使用手機電池可能會在兩到三年後開始退化，而固態電池將保持其額定容量長達十五年。 在電動汽車中，更換電池的成本非常高，這可能會對此類車輛的擁有成本產生巨大影響。

固態電池的弱點

如果這一切聽起來好得令人難以置信，那麼該技術有一些警告。 在實現固態電池技術的廣泛採用之前，其中一些問題仍然需要解決。

• 成本也許是最大的敵人。 研究團隊和初創公司正在努力使這些電池的生產過程更便宜且可擴展。 一些公司聲稱很接近，但在我們看到使用這些電池的產品的實際價格之前，我們不會知道他們有多成功。

• 這些電池也在低溫下掙扎。 因此，將它們絕緣或保持在良好工作溫度的解決方案是挑戰的一部分。

什麼時候可以購買固態電池？

有幾家公司，如 Solid Power 和 QuantumScape，聲稱處於商業固態電池應用的風口浪尖。

豐田計劃最早在 2021 年銷售固態電池電動汽車。Solid Power 和 QuantumScape 的目標是分別在 2022 年和 2024 年推出用於汽車的電池。 這意味著在接下來的幾年中，我們可能正處於電池革命的開端。

那是在我們甚至進入使用石墨烯的可能性之前。 這種神奇的材料有望帶來更好的電池，無論它們是否含有液體或固體電解質。 讓石墨烯發揮作用的時間比預期的要長，但科學家和工程師現在已經可以購買混合石墨烯移動電源了。 真的，未來就在這裡。