如果所有的事情都按照原來的計劃進行，那么東京現(xiàn)在應(yīng)該在舉行夏季奧運會，而作為這次奧運會主要贊助商之一的豐田汽車將是活動的焦點，這家車企將展示下一代電動出行領(lǐng)域的重要技術(shù)：固態(tài)電池。

新冠疫情可能破壞了2020年東京奧運會的計劃，但豐田的工程師卻沒有受到影響。這家公司的電池專家已經(jīng)按照計劃成功制造出固態(tài)電池的樣品，而且已經(jīng)安裝到概念車上。

豐田動力系統(tǒng)公司執(zhí)行副總裁兼電池業(yè)務(wù)總經(jīng)理Keiji Kaita表示，由于東京奧運會被推遲到2021年，現(xiàn)在還無法確定樣車何時正式亮相。Kaita談?wù)摿诉@種固態(tài)電池技術(shù)的前景以及阻礙其商業(yè)化的障礙。

對固態(tài)電池持支持態(tài)度的人士認(rèn)為，這種電池是邁向電動化未來的重要一步。固態(tài)電池組不容易受極端溫度的影響，其能量密度有望達(dá)到目前鋰離子電池的兩至三倍。

固態(tài)電池用固體電解質(zhì)替代液體電解質(zhì)，并且有望比現(xiàn)在的電池更輕、壽命更長、更安全，價格比目前市面上的電池更便宜。Kaita說，試驗的固態(tài)電池樣品的充電速度比目前的鋰離子電池快得多。

不過豐田的固態(tài)電池樣品仍然面臨一些挑戰(zhàn)。首先，由于安全和耐用性問題，工程師們尚未利用電池的真正潛力來提高能量密度。

Kaita說：“為了克服各種局限性，我們正在研究如何調(diào)整陽極或其他材料。對于發(fā)現(xiàn)的不足之處，我們正在努力避免?！?/p>

固態(tài)電池的樣品是堅硬的板狀薄片，尺寸和厚度與螺旋筆記簿差不多。研究人員將電池密封在袋子里面以便防潮，然后排列成電池組。

Kaita說，樣品電池進行充電時，從零到充滿需要的時間不到15分鐘，耗時大幅低于容量相同的鋰離子電池充電所需要的時間，這是除了高能量密度外的另一個優(yōu)勢。

豐田正專注于使用基于硫的電解質(zhì)，因為這種電解質(zhì)似乎可以讓鋰離子在電極之間更有效地轉(zhuǎn)移，不過仍然存在的挑戰(zhàn)是，需要開發(fā)一種電解質(zhì)，既可以緊密地壓實，又能保持柔韌性。

固體電解質(zhì)需要在高壓下壓實，從而減小顆粒之間的間隙，以便離子和電子可以很容易通過，但是這種電解質(zhì)還需要具有柔韌性，因為陽極在放電過程中會膨脹和收縮，所以電解質(zhì)必須留一點空間。

其中的問題在于，膨脹和收縮的空間越大，電解質(zhì)顆粒變形的可能性就越大。隨著時間的推移，這種變形會抑制離子和電子的流動并降低電池的性能。這其中的關(guān)鍵是開發(fā)一種不會輕易變形的材料。Kaita說，通過新材料或新設(shè)計可能實現(xiàn)突破。

這種固態(tài)電池的制造過程也存在挑戰(zhàn)，特別是電池必須在超干燥的非水環(huán)境中生產(chǎn)。

現(xiàn)在，這些固態(tài)電池是在一個名為手套箱的透明盒子中制造，工人們通過緊密嵌在盒子上的橡膠手套將手伸入箱子里面。因此，這種固態(tài)電池的生產(chǎn)過程緩慢，無法進行大規(guī)模生產(chǎn)。

豐田汽車正在通過該公司與松下合資的Prime Planet Energy&Solutions Inc。開發(fā)這種固態(tài)電池，這家合資公司在4月份開始運營，現(xiàn)在有大約5100名員工，其中包括中國子公司的2400名員工。

這家合資企業(yè)的任務(wù)之一是制造和銷售汽車固態(tài)電池。Kaita說，豐田仍有望在2025年實現(xiàn)有限數(shù)量的生產(chǎn)。

由于生產(chǎn)規(guī)模較小，這些固態(tài)電池最初的成本將高于鋰離子電池。他推測，在最初生產(chǎn)的幾年里，這種固態(tài)電池的產(chǎn)量將保持在非常低的水平。他說，要想與內(nèi)燃機動力系統(tǒng)競爭，這種電池的成本必須降到遠(yuǎn)低于每千瓦時100美元的水平。

豐田的目標(biāo)是，這種電池經(jīng)過較長時間（可能是30年）的使用后，仍然能夠保持90%的原始性能，這讓該電池的研發(fā)過程變得更加復(fù)雜。

Kaita說：“這可以通過調(diào)整電池的性能來實現(xiàn)，也可以通過控制系統(tǒng)或冷卻系統(tǒng)來實現(xiàn)，或者我們使用電池的方式或充電的方式可能幫助實現(xiàn)這個目標(biāo)，整體的觀點非常重要?！?/p>