日本湯淺公司研發(fā)容量超8倍的新電池

2023-05-17 　來(lái)自: 王澤龍 182 1045 0914

　　

　　日本湯淺公司研發(fā)容量超8倍的新電池

　　2021年，日本湯淺蓄電池公司與關(guān)西大學(xué)合作開(kāi)發(fā)出一款新型鋰硫電池。

　　據(jù)實(shí)驗(yàn)人士透露，理論上，在與傳統(tǒng)鋰電池同尺寸的情況下，這款新型鋰硫電池的容量可達(dá)傳統(tǒng)鋰電池的8倍!并且湯淺公司還表示，在未來(lái)的2023年，其生產(chǎn)的鋰硫電池質(zhì)量能量密度可以提升至500 Wh/ kg!

　　倘若鋰硫電池普遍應(yīng)用，未來(lái)智能手機(jī)的使用時(shí)間將會(huì)提升8倍，電動(dòng)汽車也會(huì)跑得更遠(yuǎn)。

　　客觀層面來(lái)看，日本的確開(kāi)發(fā)出了一個(gè)“跨時(shí)代發(fā)明”。

　　截止至2022年，中國(guó)汽車出口額已經(jīng)超過(guò)德國(guó)，穩(wěn)居世界第二，其中大比重都是新能源汽車。可以說(shuō)，在從汽油車轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車的“能源革命”中，中國(guó)一直位于研究前列。

　　那么，面對(duì)日本新型電池的誕生，我們做好準(zhǔn)備了嗎?

　　我國(guó)又將用什么樣的方式來(lái)應(yīng)對(duì)技術(shù)革命帶來(lái)的挑戰(zhàn)呢?

　　日本所研發(fā)的容量超8倍的新電池，又能否普及?

　　【鋰硫電池——未來(lái)的主旋律?】

　　要回答上面的問(wèn)題，首先就要弄明白日本發(fā)明的高能量密度鋰硫電池，究竟先進(jìn)在哪里。

　　提到鋰電池，現(xiàn)在的人應(yīng)該并不陌生，鋰電池相關(guān)產(chǎn)品是我們生活的必需品。

　　與傳統(tǒng)硫酸電池相比，鋰電池最大的特點(diǎn)就是“輕”，憑其超低的電池質(zhì)量，很多移動(dòng)設(shè)備上都可以裝配鋰電池。目前，鋰電池已經(jīng)在電動(dòng)汽車、智能手機(jī)等產(chǎn)品中得到普及。

　　不過(guò)，鋰電池存在充電時(shí)間長(zhǎng)、電池壽命短等問(wèn)題。

　　拿我們最熟悉的電動(dòng)汽車為例，電動(dòng)汽車雖然在能源供應(yīng)上代替了汽油，讓消費(fèi)者節(jié)省了不小的開(kāi)支，但其充電問(wèn)題一直是司機(jī)們的痛點(diǎn)。

　　舉個(gè)例子，駕駛電動(dòng)汽車跑高速的時(shí)候，一次充電就需要花2~3個(gè)小時(shí)，還是在充電樁沒(méi)有排隊(duì)的情況下。如今國(guó)內(nèi)充電樁數(shù)量有限，每到節(jié)假日出行高峰期，就會(huì)出現(xiàn)“在充電樁處排隊(duì)充電”的情況，這樣一來(lái)就又耽誤不少時(shí)間。

　　因此，比起隔壁汽油車“加完油就能跑”的特點(diǎn)，電動(dòng)汽車的實(shí)際應(yīng)用還存在一些局限性。

　　而日本發(fā)明的高能量密度鋰硫電池，就可以解決這一棘手問(wèn)題。

　　與傳統(tǒng)鋰電池相比，鋰硫電池是一種以硫作為正極活性物質(zhì)的蓄電池。相同質(zhì)量下，鋰硫電池可以釋放普通鋰電池8倍的電能。

　　這樣的提升是什么概念呢?

　　舉個(gè)例子。

　　目前市場(chǎng)的新能源電動(dòng)汽車在充滿電后，可以行駛300~400公里。而如果將電池改為鋰硫電池，那么充電后，汽車則可以行駛2400~3200公里!基本能解決大部分長(zhǎng)途開(kāi)車的需要了。

　　同樣，如果將鋰硫電池應(yīng)用到手機(jī)電池上，會(huì)提升多少呢?

　　目前智能手機(jī)一次充電的平均使用時(shí)間是8~12小時(shí)，而在更換鋰硫電池后，使用時(shí)間將變?yōu)?4~96小時(shí)，相當(dāng)于普通人3~4天的使用量。

　　而且，鋰硫電池的先進(jìn)之處在于，不但電池容量大了，充電速度也會(huì)變得更快。

　　對(duì)此，關(guān)西大學(xué)研究出了高質(zhì)量能量密度的解決方案。用簡(jiǎn)單的話來(lái)說(shuō)，只需要花費(fèi)和鋰電池充電差不多的時(shí)間，就可以充滿同質(zhì)量的鋰硫電池。

　　因此，一旦鋰硫電池得到普及，不僅平時(shí)日常生活用品會(huì)得到質(zhì)的提升，而且電能源將會(huì)運(yùn)用到更多移動(dòng)設(shè)備上，例如公交車、纜車、重型工業(yè)載具、甚至是地鐵、輕軌列車等大型公共設(shè)施。這聽(tīng)起來(lái)是不是很棒?

　　雖然日本在新能源汽車領(lǐng)域近幾年有些落后，但這項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)，有可能會(huì)改變世界電池使用的發(fā)展，看起來(lái)前景一片大好。

　　有國(guó)外媒體曾這樣評(píng)價(jià)高能量密度鋰硫電池，稱它是“新能源產(chǎn)業(yè)未來(lái)的主旋律”。

　　那么，情況真的是這樣嗎?

　　事實(shí)上，高能量密度鋰硫電池要普及到日常生活中，還有很長(zhǎng)的一段路要走。

　　主要問(wèn)題在于電導(dǎo)效率低、中間產(chǎn)物易溶于電解液的問(wèn)題。這就意味著鋰硫電池在經(jīng)歷反復(fù)充電后，其電能轉(zhuǎn)化率，可能會(huì)大幅下降，其負(fù)極表面容易產(chǎn)生枝晶。

　　當(dāng)然，日本湯淺公司也注意到了這一問(wèn)題。

　　在他們的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品中，電池中間加入了有微孔的碳粒，可有效解決中間產(chǎn)物溶于電解液的問(wèn)題。但這里說(shuō)的“有效”只是比之前好，到市場(chǎng)應(yīng)用級(jí)別還有很大一塊距離。

　　更嚴(yán)重的是，大容量鋰電池會(huì)存在更高的安全隱患。

　　不管是鋰電池還是鋰硫電池，其易爆的屬性依然沒(méi)有得到解決。

　　目前，電動(dòng)汽車自燃、手機(jī)爆炸等現(xiàn)象仍然頻繁出現(xiàn)在大眾視野中，一旦鋰硫電池的容量翻升數(shù)倍，其爆炸威力以及財(cái)產(chǎn)損失可能也會(huì)翻倍。如果消費(fèi)者在使用更先進(jìn)產(chǎn)品的同時(shí)，還要承擔(dān)更致命的風(fēng)險(xiǎn)，也許就不能算是技術(shù)進(jìn)步了。

　　【中國(guó)是否要著急?】

　　分析完高能量密度鋰硫電池的劣勢(shì)后，我們來(lái)回答下一個(gè)問(wèn)題：中國(guó)應(yīng)當(dāng)如何面對(duì)挑戰(zhàn)?

　　先說(shuō)結(jié)論，我們應(yīng)該著急，但也沒(méi)必要太著急。

　　自2015年以來(lái)，中國(guó)進(jìn)入了動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)支持階段，國(guó)家政策相關(guān)文件發(fā)布越來(lái)越密集，力度越來(lái)越強(qiáng)，方向也逐漸明確，所發(fā)布的內(nèi)容涵蓋產(chǎn)業(yè)更加全面。這是一個(gè)好兆頭。

　　但是新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有我們想象的那么簡(jiǎn)單。

　　從動(dòng)力電池的上游產(chǎn)業(yè)上分析，中國(guó)鋰電池在正極材料與負(fù)極材料方面都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了完全自主研發(fā)，這也是為什么中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)能夠在2022年實(shí)現(xiàn)“彎道超車”的根本原因之一。

　　但是目前市面上，國(guó)產(chǎn)鋰電池主要以磷酸鐵鋰電池為主，鋰硫電池尚在開(kāi)發(fā)階段。

　　之所以鋰硫電池沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全面國(guó)產(chǎn)，主要問(wèn)題在于蓄電池的一個(gè)組件——隔膜。

　　原電池的化學(xué)原理各國(guó)都很清楚，但能讓優(yōu)質(zhì)的正負(fù)極材料能夠充分發(fā)生原電池反應(yīng)，隔膜起著至關(guān)重要的作用(隔膜關(guān)乎中間產(chǎn)物與電解液是否會(huì)融合)。

　　在隔膜技術(shù)領(lǐng)域，由于技術(shù)壁壘要高，國(guó)內(nèi)仍然處于兩極分化的競(jìng)爭(zhēng)格局，目前的蓄電池生產(chǎn)公司隔膜主要依賴日韓進(jìn)口。即使國(guó)內(nèi)蓄電池產(chǎn)率逐年上升，但短期內(nèi)，隔膜仍需進(jìn)口。

　　因此日本能夠研發(fā)出高能量密度的鋰硫電池，就在于隔膜生產(chǎn)存在優(yōu)勢(shì)。

　　由此可知，在上游層面，中國(guó)新能源產(chǎn)品的發(fā)展關(guān)鍵就在于隔膜的研發(fā)。一旦隔膜技術(shù)存在突破，國(guó)產(chǎn)鋰硫電池不是不可能實(shí)現(xiàn)。

　　除了以上所述的技術(shù)方面原因，鋰電池廢料的逐年增多正在慢慢影響我國(guó)的環(huán)境。

　　據(jù)新華社報(bào)道顯示，截止到2020年，中國(guó)廢鋰離子電池產(chǎn)量已經(jīng)突破了52.81萬(wàn)噸。隨著新能源汽車在中國(guó)市場(chǎng)銷量增加，未來(lái)報(bào)廢鋰電池?cái)?shù)量將會(huì)越來(lái)越多，甚至出現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

　　在新能源應(yīng)用的下游產(chǎn)業(yè)中，鋰離子電池廢料回收仍然是一個(gè)尚待解決的問(wèn)題。如果一個(gè)產(chǎn)品在報(bào)廢后會(huì)污染環(huán)境，不能得到重新再利用，可能會(huì)導(dǎo)致“功在當(dāng)代，罪在千秋”的后果。

　　當(dāng)然，廢鋰離子電池回收問(wèn)題，不僅僅是我們要面對(duì)的問(wèn)題，也是世界共同需要面對(duì)的難題，在這一點(diǎn)上，國(guó)內(nèi)與國(guó)外都是幾乎處于同一起跑線上的。

　　最后是消費(fèi)者能力所存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

　　目前新能源汽車領(lǐng)域仍然處于市場(chǎng)初級(jí)階段，用電成本包括“時(shí)間成本、沉沒(méi)成本”等額外開(kāi)銷以外，電動(dòng)汽車的開(kāi)銷并不比燃油汽車便宜，這意味著電動(dòng)汽車在短時(shí)間內(nèi)仍然無(wú)法全面取代傳統(tǒng)燃油汽車。

　　目前業(yè)內(nèi)平均成本是1.4~1.5元/Wh，中國(guó)在2020年剛剛實(shí)現(xiàn)1.5元/Wh的指標(biāo)，如果電動(dòng)汽車想要全面與燃油汽車競(jìng)爭(zhēng)的話，其成本至少需要下降到0.6~0.7元/Wh，也就是還要再下降一半。同時(shí)，這也與中國(guó)的消費(fèi)能力息息相關(guān)。

　　成本降低需要更先進(jìn)的技術(shù)及更完善的生產(chǎn)規(guī)模，在這方面，大家還有很長(zhǎng)的一段要走。

　　因此，綜合以上所述的問(wèn)題，我國(guó)在新能源領(lǐng)域發(fā)展可能真的需要“著急”一些，著急的地方在于關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)以及更完善的市場(chǎng)建設(shè)。

　　“不那么著急”的原因，則在于目前世界行業(yè)水平良莠不齊，領(lǐng)先技術(shù)產(chǎn)業(yè)公司發(fā)展水平近乎相同，我國(guó)并沒(méi)有明顯的落后。

　　至于日本已經(jīng)研發(fā)出了高能量密度鋰硫電池，我們可以認(rèn)為這是一項(xiàng)突破性的研發(fā)技術(shù)，但從研發(fā)到普及市場(chǎng)，需要一個(gè)國(guó)家從科研到工業(yè)再到市場(chǎng)三方面水平的全面上升，并不是一個(gè)科研成果就能解決的問(wèn)題。

　　因此，想要實(shí)現(xiàn)全面普及難度依舊很大。

　　那么，目前我國(guó)有著怎樣的解決方案呢?

　　【我國(guó)的解決方案】

　　按照網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言來(lái)解釋，中國(guó)的“科技樹(shù)”和日本的“科技樹(shù)”是兩條完全不同的分支。

　　任何國(guó)家的技術(shù)發(fā)展，都是基于本國(guó)已有的技術(shù)成果遞進(jìn)研究的。中國(guó)的材料學(xué)發(fā)展和日本的材料學(xué)發(fā)展方向也是截然不同的。

　　就像文章開(kāi)頭說(shuō)的，面對(duì)電動(dòng)汽車充電時(shí)間長(zhǎng)得不方便影響，日本選擇的是研發(fā)容量更大的電池。而我國(guó)目前采取的解決方案與日本截然不同。

　　目前我國(guó)需要考慮的是充電樁建設(shè)的完善，以及“模塊化電池”供應(yīng)問(wèn)題。

　　所謂模塊化電池，是一種可拆卸的蓄電池，電動(dòng)車用戶可以不用為電動(dòng)車充電，當(dāng)汽車沒(méi)電時(shí)，直接到指定地點(diǎn)更換電池就可以了。

　　這樣既能解決漫長(zhǎng)的充電問(wèn)題，又能解決大容量電池所帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患。

　　另外，我國(guó)還在思考：鋰電池真的是人類電池使用的最終形態(tài)嗎?

　　自從鋰電池在世界普及后，世界鋰礦資源價(jià)格大漲，甚至出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況。那么如何解決這種問(wèn)題?解決問(wèn)題的最好辦法，就是跳出問(wèn)題本身。

　　如果未來(lái)鋰礦資源捉襟見(jiàn)肘，那么到那時(shí)候再轉(zhuǎn)變研究方向，恐怕就為時(shí)過(guò)晚了。

　　因此我國(guó)頭部動(dòng)力電池企業(yè)不僅在鋰電池方面做研究，還在研究新的能源解決方案以及用其他材料制造的蓄電池。這些科技可以直接跳出鋰電池內(nèi)卷的問(wèn)題本身，科技一旦實(shí)現(xiàn)，便能出現(xiàn)突破性的市場(chǎng)結(jié)果。

　　【結(jié)尾】

　　一項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到我們的日常生活，需要一段復(fù)雜的經(jīng)歷。

　　也許日本在短時(shí)間內(nèi)會(huì)在鋰電池方面存在新的突破，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)方面來(lái)看，一個(gè)國(guó)家的優(yōu)勢(shì)是綜合的，這里包括科研技術(shù)優(yōu)勢(shì)、市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)以及工業(yè)優(yōu)勢(shì)、人文優(yōu)勢(shì)等等。

　　所以在解決問(wèn)題時(shí)，我們不單單要思考如何在短期內(nèi)追上其他國(guó)家的節(jié)奏，還要思考如何跳出原有的思維去爭(zhēng)取更廣闊的藍(lán)海。

　　因此，我國(guó)的技術(shù)需要不斷升級(jí)，但也不需要因?yàn)閯e國(guó)有所突破便立刻跟風(fēng)。保持一個(gè)淡定的心態(tài)，順應(yīng)自然，慢慢發(fā)展，有時(shí)會(huì)有更好的結(jié)果。