电力的发现改变了世界，催生了一系列让人们的生活更安全、更健康、更高效、更惬意的发明。而电池则将这一发现推向了新高度，为人们提供了一种储存电力并用以驱动移动设备的方式。

目前，锂离子电池在市场上占据主导地位，但更安全、容量更高的固态电池可能会成为未来世界的动力源泉，甚至可能帮助人类摆脱气候变化带来的影响。

作为下一代CeraCharge材料开发的固态电池单体。图片来源：TDK官网

从小型电池入手

目前，已有少数小型固态电池在某些手表和医疗植入物中投入使用。

日本电子制造商TDK宣布已成功研发出新版CeraCharge固态电池。其单元体积能量密度高达每升1000瓦时，约为TDK传统固态电池能量密度的100倍。TDK并未透露太多关于该电池专有技术的细节，但已表明其采用了锂合金阳极和基于氧化物的固态电解质，这使其“极为安全”。

新版CeraCharge电池的储能能力预示着，更长续航或更紧凑设计即将成为现实。此外，这款电池有望成为能量密度高的一次性纽扣电池的可充电替代品。

TDK初步规划将该电池应用于无线耳机、助听器及智能手表等小型电子产品，同时表达了向智能手机等更广阔市场进军的愿望。

“随着电池面积的增加，制造均匀且高密度的结构变得越来越困难，这会导致出现裂纹和变形等结构缺陷。”TDK能源开发部科长佐藤宏司表示，“TDK计划先从小型电池入手，积累生产和实践经验，再逐步探索大型电池的商业化潜力。”

逐步迈向产业化

当前，尽管锂离子电池在成本效益与性能上取得了显著进步，但其充电时长限制、续航里程焦虑及安全隐忧仍成为阻碍电动汽车全面替代内燃机汽车的关键障碍。在此背景下，固态电池作为电动汽车技术革新的利器，正从研发阶段逐步迈向产业化。

2023年，丰田携手日本能源公司出光兴产，宣布将于2027年至2028年启动固态电池生产。

同样看好固态电池的还有梅赛德斯-奔驰公司。该公司认为，固态汽车电池可提供的续航里程几乎是锂离子电池的两倍，他们计划在2030年前将这种电池投入量产。

最近，大众汽车旗下电池公司PowerCo与美国全固态电池开发商QuantumScape达成战略合作，引入固态锂金属电池技术，旨在每年生产满足多达100万辆电动汽车所需的电池。

QuantumScape的独特技术结合了固体与液体电解质，有效规避了枝晶问题，并有望将电动汽车的续航里程从现有的500多公里提升至800公里，这将进一步推动固态电池技术的商业化进程。

为电网储能助力

当前，锂离子电池是电池储能系统的核心，但固态电池以其卓越的安全性、更长的循环寿命及更高的能量密度，被视为潜在的更优解。不过，固态电池的大规模应用尚需克服大尺寸电池制造成本高与工艺复杂等难题。

美国蜻蜓能源公司是尝试解决这一问题的公司之一。2023年，该公司获得了一项制造技术专利，有望为电网储能领域固态电池的制造扫除技术障碍。与此同时，美国电池制造商ION存储系统公司已于今年4月启动新工厂，专注于生产采用陶瓷电解质和锂金属阳极的固态电池，满足电网存储、电动汽车等多个领域需求。其目标是到2028年将产能扩大到0.5吉瓦时。

材料形态多样化

尽管配备固态电池的电动汽车可能还需要几年时间才能实现大规模商业化，甚至可能需要更长时间才能助力构建清洁电力网络，但这项技术从科研象牙塔稳步迈向工业化令人鼓舞。

今年1月，美国哈佛大学研究人员推出了一种阳极中含有硅的固态电池，该电池可在10分钟内完成充电。7月底，丹麦研究人员报告称，他们开发了一种由岩石中发现的矿物质制成的无锂固态电池，其固态电解质材料廉价、高效、环保，性能比固态锂基电解质更好。

只要创新浪潮持续涌动，未来的世界将见证固态电池技术以多样化的材料形态，赋予电动汽车更持久的“生命力”、驰骋更远的征途，更将助力电网实现前所未有的清洁与稳定，引领人类迈向一个更加绿色、高效的能源新时代。

来源：科技日报

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