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美国无负极电池完爆特斯拉!长续航拒绝燃爆,即将改变游戏规则?

今天被一家美国电池公司刷屏了,股价暴涨了40%多,原因很简单,他们的固态电池在德国的测试中,不但出乎人们的意料,连他们自己都没有想到,因为测试数据优于他们自测的结果,已经“大大超过”了电池行业的目标,这意味着一种安全不燃爆,充电速度快,续航里程长,而且几乎不会衰减的电池横空出世,将可能彻底改变整个电动车行业。

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完爆锂电池

这家美国初创公司名叫QuantumScape,总部位于加州硅谷,2010年由斯坦福大学教授弗里茨·普林茨、蒂姆·霍尔姆等人创立,比尔·盖茨和大众汽车投入巨资,索罗斯重仓,被称为是固态电池第一股,专注于固态锂离子电池的研究,经过10多年的不懈努力,终于开发出了世界上首款无负极固态电池。


根据此前的报道,这种电池的能量密度是特斯拉锂离子电池的三倍,并且可以在15分钟内充电到80%,再加上安全不燃爆,这次测试又50万公里基本没有什么衰减,是不是已经完爆现有的锂离子电池,以后一次快速充电,我们的电动汽车就可以续航上千公里了呢?

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电动汽车关键词


电动汽车早在1830年代就出现了,随着蓄电池技术的发展,19世纪下半叶电动汽车得到了较为广泛的应用,并且已经有了换电的概念了。然而正当电动汽车莺歌燕舞,突飞猛进的时候,美国德州石油爆发,内燃机技术迅猛发展,让电动汽车一蹶不振,出师未捷身先死,几乎消失在人们的视野里。所以你看,要不是石油的大规模应用,这个世界恐怕早就已经是电动汽车的天下了,并且不会导致目前地球被烧烤,气候即将崩溃的命运。


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1990年代开始,电动汽车逐渐复苏,尤其是马斯克在2008年推出了特斯拉Roadster跑车,这是世界上第一款量产电动汽车,也是第一款可以在公路上合法行驶的锂离子电池汽车,电动汽车开始蓬勃发展,到今年年底全球保有量预计将达到4000万辆,中国约占其中的一半。估计到2030年代,电动汽车就可能取代燃油车,重新成为主流的交通工具,这意味着人类在走了100多年弯路,付出惨痛的教训,渴死了无数大象、犀牛、树木后,终于可以重新回到正轨上了。


这其中最关键的关键词,就是锂离子电池。最早的电动车使用铅酸电池,能量密度不高,最终被能量密度更高的燃油车取代,统治地球100多年,而石油也被称为黑金,成为现代工业的生命线。但燃油车是成也石油,败也石油,黑金毕竟是黑的,终将会伤害我们,甚至可能把我们打入万劫不复的深渊。

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幸运的是,锂离子电池出现了,短短10多年的时间,能量密度就已经可以媲美石油,开始在动力领域和储能领域大放异彩,吹响了燃油车的灭绝号角,而锂也被称为了“白色石油”、“高能金属”,甚至未来人造太阳核聚变实现后,锂也可能是当仁不让的主角,因为我们要靠它去生产重要的聚变燃料氚。


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解决痛点


如果说锂离子电池是吹响燃油车的灭绝号角,那么固态电池就是给燃油车挖坟的挖土机,可能三两下就可以把它给埋了。固态电池也是锂离子电池,只是它里面的电解质不是液体,而是固体,可以说是锂离子电池的完美升级版,最关键的是,它解决了人们最为担忧的电动汽车痛点——燃爆问题。


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看看锂离子电池和固态电池的结构你就知道了。锂离子电池是5层结构,包括负极导电层、负极材料、隔膜、正极材料、正极导电层。中间最厚的正负极材料就像书架一样,可以存储锂离子。电池在充放电时,带正电的锂离子会穿过中间的隔膜来回移动,相应地电子就在电池外的电线中流过产生电流,驱动电动机开展工作。由于正负极材料的颗粒之间存在缝隙,锂离子无法在缝隙里移动,因此加入了液态电解质填充,完美地解决了锂离子移动通道的问题。


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而QuantumScape的固态电池,省略了负极材料这一层,减少了近乎一半的体积,所以大大提高了能量密度。但你可能会很吃惊,没有负极材料,电池怎么工作呢?这个负极其实是隐形的,QuantumScape开发出了固态的陶瓷隔膜,可以在第一次充电时,在隔膜和负极导电层之间,形成锂金属负极,所以叫做无负极固态电池,可以防止锂枝晶的形成,再加上全固态,就完美解决了燃爆问题。当锂金属层形成时,电池会膨胀约1毫米,放电时锂金属层会消失,所以QuantumScape固态电池设计的时候,结构也比较特殊。


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这个固态陶瓷隔膜,也就是氧化物,只有约20微米厚,比头发丝的直径还小,是他们这个电池的关键,用了10多年时间,花了3亿多美元才测试出来,申请了200多项专利来保护,简直就是金钟罩铁布衫了。QuantumScape没有公布它的更多信息,有人分析,可能是陶瓷颗粒和聚合物制成的有韧性的薄膜,QuantumScape自信地认为,竞争对手很难解决这个问题。

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正极材料同样语焉不详,有说是用三元材料,锂镍钴锰氧化物和有机胶状物制成,胶状物由有机聚合物和液态电解质构成,正极材料的选择应该比较多,并且QuantumScape也在不断测试。


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出人意料


QuantumScape实际在2020年底就已经公布了固态电池的初步数据,15分钟可充到80%电量,能量密度的提高可增加近一倍的续航里程,并且因为无负极的设计,可以至少降低15%的成本。


这次的测试是从2022年12月开始的,当时QuantumScape向合作伙伴交付了第一批24层固态电池,大众汽车的电池子公司PowerCo进行了耐久性测试,到2023年10月已经历了1000多个充放电周期,结果电池仍保持在原始容量的95%以上,WLTP工况续航里程达到了500-600 公里,这意味着在行驶超过50万公里后,电池也几乎没有什么衰减。

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这是一个什么水平呢?大众公司表示,固态电池在开发阶段的行业目标,是充放电700次后,最大容量损失20%。这意味着这款固态电池已远远超过了行业标准,性能也远远超过了现有的锂离子电池,这些数据连QuantumScape自己都觉得吃惊,那啥,我都不知道我的电池有这么好。市场反应则更是热情,消息一出,QuantumScape的股票马上暴涨了40%以上。


所以看看,续航提高一倍,80%充电减至15分钟,可以用一辈子不衰减,最关键的是安全不燃爆,这不就是完美的电动汽车电池吗?据说这款固态电池有可能在今年下半年开始量产,燃油车的末日真的就要降临了吗?


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竞争激烈


其实这段时间已有多个锂离子电池和固态电池突破的消息了,包括中国的半固态电池已经装车,宁德时代的凝聚态电池下半年也要投产,日本松下泰坦纳米硅粉锂离子电池充电10分钟,续航800公里,还有一款3分钟充电到80%的固态电池在开发,丰田就更牛了,宣布将从2027年开始量产充电10分钟,续航1200公里的固态电池。


所以在锂离子电池这个赛道上,现在已挤满了各种即将突破或已经突破,最近几年就会量产的高性能电池,燃油车被取代可能只是早晚的问题,只是究竟哪一种电池会大浪淘沙淘下来,估计还没有任何人看得清楚,但一旦解决了安全问题,锂金属这种白色石油可能就真的会像现在的石油一样,成为人类文明的下一个生命线。





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