電動車的時代來臨,由於能源消耗與氣候變遷問題日趨嚴峻,各國紛紛發展許多節能減碳的政策,而電動車就是其中一項重點發展項目。因應氣候變遷的速度加快,各國投入了更多心力在電動車發展,希望可以比原先計畫提前全面採用電動車。

作為電動車的動力來源,如何研發出完美的電池?

在發展電動車時固然會有許多挑戰,無論是技術層面或是法規層面均有需要克服的難題。

而其中一項巨大挑戰即是電池,因為電池是驅動電動車的主要動力,若是沒有穩定、良好的電池就難以運作,因此目前在電動車開發中有許多與電池相關的問題尚待改善,包含充電時間、電池續航力、充電站的分布範圍、充電裝置的相容性、電池原料供需與回收問題等。

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目前主流的電動車電池是鋰離子電池(lithium-ion battery),其具備能量密度高(energy density)、開路電壓高(open-circuit voltage)、充放電速度快、輸出功率大、可隨時充放電、適用溫度範圍廣等優點,但也有不耐過放過充、回收率低、怕高溫、需要多重保護機制以免因錯誤使用而起火爆炸

儘管與之前相比,車用鋰離子電池的穩定性已大幅提升,但業界仍希望可以提升安全性與充電速度。因此,除了繼續改良鋰離子電池,業界也開始研發是否有其他種類的電池更適合用於電動車。

日本最新研究:採分子結晶作為介質的固態電池

日本東京工業大學專任教授一杉太郎與其團隊研發出可用於全固態電池(all-solid-state battery)的電解質分子結晶,比以往用於全固態電池的介質在低於零度的低溫環境下運作成效更佳,因此增加了實際運用的可能。

這個分子結晶介質成分由雙氟磺醯亞胺鋰(LiFSA)與丁二腈(SN)組成,在常溫環境和低溫環境的表現良好,且製作流程也十分容易。此介質冷卻到室溫下即可獲得單晶,加熱後即恢復成液態,這樣全新性質的電解質有望在電動車產業帶來變革。

全固態電池將為電動車電池掀起怎樣的變革?

不過,全固態電池應用到電動車的話會有什麼樣的改變?

首先是改變充電速度,有別於鋰離子電池採用電解液作為介質,為避免在充放電中引發起火風險,必須加入隔離膜(separator),或多或少會影響傳導速度。

而全固態電池採用的介質不是液態,因此就無需隔離膜再加上是分子型態,傳導速度更快,因此提升了充電速度。根據日經報導,充電時間可以縮短至 2800 分之 1。再來是提高安全性,固態介質就不像電解液一樣容易因接觸空氣或受溫度影響而短路起火,因此更為安全。

此外,鋰離子電池目前不僅在電動車且在手機、電腦等電池也廣泛運用,因此面臨到製程速度跟不上需求的問題且有原料耗盡的隱憂。因此若全固態電池可以正式啟用,亦可改善這類問題。

未來若能實際將全固態電池運用在電動車上,即可帶來更加安全且充電速度更快的電池。如此一來就能吸引消費者選擇電動車,提高普及率藉此為減碳貢獻更多心力。

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本文開放合作夥伴轉載,參考資源:東京工業大學新聞日經中文網日經中文網EESINature,首圖來源:Unsplash