新能源汽车已经成为世界各国发展的热门行业,尤其是电动汽车,越来越多的人选择购买,相比普通燃油汽车来说,电动汽车的动力成本较低,但是充电、续航等问题也成为让很多车主望而却步的关键原因。
而就在各国还为锂电池充电、续航等问题苦恼时,印度却曝出惊人消息,他们“独创”铝电池,性能将超越锂电池,并宣称它足以击败国际市场上中国生产的锂电池,技术领先中国20年。
这究竟是技术革新还是哗众取宠?
锂电池的缺点
目前,电动汽车使用的电池基本上都是锂电池,其中以磷酸铁锂电池和三元锂电池最为常见,
其中,磷酸铁锂电池的优点是热稳定性好、成本低、安全、使用寿命长,但缺点是能量密度低,体积大,在低温环境下表现欠佳,在北方寒冷的冬天,充电都是问题;而三元锂电池的优点是能量密度高、循环寿命长、不惧低温,缺点则是热稳定下不行,在高温作用下电解液会迅速燃烧,安全性不如磷酸铁锂电池。
随着使用年限的增长,锂电池的缺陷也越发明显,不仅充电太耗时,一般需要五六个小时,如果使用快速充电桩的话也需要1-2个小时,并且目前快速充电桩还没有全面普及,而且每行驶500-1000公里就必须充电,这就无法满足跨市或跨省出行的需求。
甚至使用一段时间之后电池也会有损耗,续航能力明显下降,并且在充放电超过2000次之后就需要更换电池,正常的话能用3-5年,这样增加其使用成本不说,对资源的浪费才是最主要的。
另外,锂资源紧缺,且过于依赖钴、镍等贵金属,导致制造成本过高,甚至会在预料不到的情况下,发生燃烧或者爆炸等意外状况,并且废电池回收时还有污染。
Saturnose铝电池
等等原因限制电动汽车的推广,为此各国开始研究如何改良锂电池,并寻找新的替代品。就在2021年12月,印度一家名为Saturnose的公司宣称,他们成功研制增强铝离子电池,计划在2022年正式推出全球首款商业级可充电铝离子固态电池,届时性能将超越锂电池,一旦应用或将引领新能源汽车的时代潮流,这一新技术领先中国20年。
就能量密度和续航能力而言,印度人称这款铝电池的能量密度最高可达600Wh/kg左右,而目前市场上普遍使用的磷酸铁锂电池大概是160Wh/kg左右,三元锂电池稍微高一点,也只能达到200Wh/kg左右,这与他们的铝电池差距高达3倍有余。
另外这家公司还表示,一组150kW的铝离子固态电池,其重量为565kg,并能提供1200公里的续航,这能力远远超过了当下的三元锂电池或者磷酸铁锂电池,并且轻便好用,就连燃油车都被甩出了好大一截。
而充电方面,该电池的充电速度极快,充满只要12分钟,用一句话来讲“也就一盏茶的功夫,这将大大减少等待时间,并且可以进行2万次的充电和放电,也就是说如果按照一天充一次电的话,就能连续使用54年,这就意味着车跑报废了,铝电池还是好的,相比之下,市面上常见的磷酸铁锂电池和三元锂电池的充放电池次数仅为2000-3000次左右,就显得少得可怜。
更重要的是,铝电池相比锂电池安全性能大大提高,由于锂电池的耐热极限为150度,作为汽车动力的它随时都能成为一颗“定时炸弹”,而铝电池不同,它没有像锂电池那样采用镍和钴,而是使用铝和铌以及固态电解质,不会像锂电池那样产生的枝晶问题导致火灾或爆炸事故的发生。
最令人吃惊的是,具有这么多优异性能的铝离子电池,而它的成本却仅仅是锂电池的一半,如果这款电池真的被推入市场,定会对现代汽车的电池产业结构造成不小的打击。
Saturnose公司究竟是何方神圣,可信吗?
Saturnose放出这个消息后,立马引起了各方关注和热议,他们搞出来的这个技术可以说攻破了现阶段所有新能源汽车公司未曾克服的难关,这也让人们很难不去了解这家公司究竟是何方神圣?
可当人们去查询这个公司才发现,Saturnose是2021年4月才成立的新公司,并且注册地还不在印度,而是在美国特拉华州,更让人诧异的是,当搜索他们公司的官网时发现,除了几个简陋的页面上有几张图片和少量文字外,网站连个联系方式都没有,给人感觉像是一个三无公司。
尽管他们表示研究铝电池的已经5年了,还是由沙特的风投基金提供了两轮种子基金支持,但是却没有查到Saturnose哪怕一项有关铝电池的专利,这不得不让人怀疑这是一个皮包公司。
那些电池界的巨头花了那么多年的时间,都研究不出一款完美的新能源电池,这种PPT公司竟然能在短短几个月内横空出世般发布令世界瞩目的铝离子电池,可信度真的有待商榷。
即使印度政府在第一时间表示将全力支持该公司,并还打算在理工学院为其专门设立一个研发中心,用于研究铝电池的应用范围和实际可操作性,也无法消除大家对这家公司的疑心,毕竟印度爱吹牛又不负责兑现是有目共睹,事实也确实如此,如今已经是2023年了,也没有听说印度这家公司的产品问世的消息。
铝电池是否可行
虽然这个公司的真实性有待商榷,但铝电池的可行性是得到科学认证的,全世界就有很多团队进行相关的技术研究,证明铝电池其实有着一定的应用前景,比如说2015年,斯坦福大学的华裔化学教授戴宏杰,就曾带领团队发明了第一批高性能铝离子电池,并且电池充电时间也的确被减少了至少一分钟,他还将相关技术成果发布到当年的国际著名科技期刊《自然》上。
2年后,戴教授又再次发表了关于铝电池的论文,阐述了铝电池具有高效耐用、可燃性低、成本低、充电快速等优点,可作为常规电池的安全替代品。
而在2021年5月,澳洲的昆士兰大学开发了一种新型的石墨烯铝电池,同样展现出充电速度快,使用寿命长等特点,其充电速度比锂离子电池提高了70倍,再一次证明了铝电池应用的可行性。
实际上,有关铝离子电池的专利已经屡见不鲜了,并且在铝电池相关的专利数量排名中,不仅有中国的身影,而且还名列前茅,从第二位开始都是我们中国的,分别为北京科技大学、杭州高烯科技有限公司、北京理工大学、浙江大学、北京金吕能源科技有限公司、深圳博磊达新能源科技有限公司等,专利申请量分别为14项、12项、10项、6项、6项和5项,也就是说,在铝电池的研究上,我们早已在路上了。
种种研究证明,铝电池的确有可取之处,在能量密度、充电效率、使用寿命等方面较锂离子电池都有优势,更重要的是,它还拥有两个特点,即安全性高和成本低。
由于负极金属铝性质稳定、电解液不易燃,所以铝电池即使被穿刺短路也不会发生燃烧、爆炸等危险现象,使得安全性大大提高,而且铝的储量很丰富,远远高于锂元素的含量,使得铝电池不会出现被原材料限制的情况,并且铝电池的价格将只有锂电池的一半。
铝电池的缺点
当然铝电池也并非完美无缺,尽管铝电池有很好的应用前景,近年来也取得了显著的突破,但其反应动力学不足、能量密度低、部分体系容量衰减严重等缺点仍有待改善。
据悉,在使用离子液体电解液的铝电池体系下,基于嵌入/脱嵌反应机制的石墨材料具有有限的可逆容量,会导致电池整体能量密度较低;基于转化型反应机制的硫等正极材料,在较低的温度下运行,表现出了高比容量的特性,然而却具有电池反应动力学缓慢、充放电电压极化大、充放电倍率性能差、循环寿命短等缺点,会极大降低电池的能量效率。
而嵌入型材料在循环过程中发生的体积变化,除了使材料导电性变差之外,还会导致电极溶胀解体、活性物质粉化等。此外,嵌入型过渡金属化合物仍存在放电电压低、容量低、容量衰减快的问题,比锂离子电池严重得多。
转化型材料也普遍面临着反应不可逆和库仑效率(在给定的条件下,电池放电过程所放出电荷数占充电过程所输入电荷数的百分比)低等问题,且电池放电容量在最初的几次循环后急剧下降,表现出快速的容量衰减和较差的循环稳定性。
同时,作为负极材料的铝,其电极表面存在钝化层,会降低电池的电压和效率;铝的严重腐蚀,也会导致不可逆的铝消耗,从而降低铝电极的利用率;并且在循环过程中的铝枝晶生长,还会降低电池的安全性和循环寿命。
结语
铝离子电池确实很有可能成为新能源行业未来发展的重要领域之一,但要对铝离子电池进行商用,实际上还有相当长的路要走,此次这家Saturnose公司是计划铝离子电池化学成分的独立测试,之前并没有相关的背景,也没有任何的相关产品上市,基于这些信息,我们还无法下定论,唯有让时间去证明一切。
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