充電只需1分鐘 菲斯克為柔性固態(tài)電池申請技術(shù)專利

據(jù)外媒報道,菲斯克(Fisker)的科研人員們于本周遞交了文件,旨在為其柔性超高能量密度固態(tài)電池申請技術(shù)專利,但要求不得對外發(fā)布(under a non-publication request)。該項專利涉及全新材料及制造工藝,對于實現(xiàn)所需的能量密度、電源及成本目標(biāo),新材料及工藝將發(fā)揮至關(guān)重要的作用并助推電動車的推廣及應(yīng)用。

菲斯克的固態(tài)電池采用了三維電極,其能量密度是鋰離子電池的3倍。據(jù)該公司宣稱,該技術(shù)使電動車的續(xù)航里程數(shù)達到500英里以上,而充電所需時間僅為1分鐘,比在加油站的加油速度還快。據(jù)菲斯克預(yù)計,該技術(shù)的在汽車領(lǐng)域內(nèi)的量產(chǎn)應(yīng)用需要等到2023年以后。

據(jù)早前的研究結(jié)果表明,菲斯克的固態(tài)電池技術(shù)可構(gòu)建大量的三維固態(tài)電極,其表面積是平面薄膜固態(tài)電極(flat thin-film solid state electrodes)的25倍,其電子及離子導(dǎo)電率極高,可實現(xiàn)快充及低溫操作。

因此,菲斯克固態(tài)電池的能量密度是常規(guī)鋰離子電池的2.5倍,得益于其先進的材料及制造工藝,預(yù)計2020年其價格將為常規(guī)鋰離子電池的三分之一。

固態(tài)電池技術(shù)限制

固態(tài)電池技術(shù)目前還有許多限制,包括:電極電流密度(electrode current density)低、溫度范圍有限、材料可得性(materials availability)有限、成本高、制造工藝無法可擴展性不足。

還有數(shù)種失效模式會影響固態(tài)電池的性能,包括:電極層級結(jié)構(gòu)(layered electrode structures)內(nèi)的接觸阻力高、離子流動性低,導(dǎo)致其放電能力低。

在充放電過程中,由于體積變化及殘留應(yīng)力的影響,將引起分層問題;樹突滲透及穩(wěn)定性不如鋰電極;離子擴散低,在低溫條件下尤為明顯,這主要是受限于固態(tài)材料本身的屬性。

菲斯克的固態(tài)電池柔性電極結(jié)構(gòu)將為電池提供多用途電壓及形狀系數(shù)(form factors),在電壓輸出較高時,柱狀電池內(nèi)部(cylindrical cell)可能出現(xiàn)創(chuàng)傷,除減少電池間連接(cell-to-cell connection)、熱管理及安全要求外,還允許使用當(dāng)前的蓄電池工具及機械設(shè)備,從而進一步降低了電池系統(tǒng)成本。

未來應(yīng)用前景

據(jù)菲斯克預(yù)計,該項技術(shù)將于2023年后被用于汽車應(yīng)用內(nèi)。由于缺少擁有特殊材料及制造工具的配套供應(yīng)鏈,其投產(chǎn)準(zhǔn)備階段耗時極長,還需要為材料的重復(fù)利用制定品質(zhì)規(guī)程。

但菲斯克還表示,公司目前正積極與潛在的非汽車業(yè)業(yè)內(nèi)伙伴開展合作磋商,也有可能在2023年前實現(xiàn)該類電池應(yīng)用的商業(yè)化。