近日,動力電池領域迎來爆炸性新聞:來自印度的Saturnose公司宣稱,其研發出了一款革命性的新能源電池——鋁離子電池,這款電池充滿電只需要12分鐘,并且可以實現1200km續航,每升的能量密度為1500Wh/L,并且有望在將來達到5500Wh/L。即這款鋁離子電池可以提供600wh/kg能量。
更重要的是,Saturnose公司稱這款鋁離子電池計劃2022年大規模商用!
據悉,該鋁離子電池還具有更好的安全性:對比高鎳三元鋰電池200℃左右的熱失控溫度,鋁離子電池的熱失控溫度更高。
還具有更低的成本優勢:鋁電池的成本將是鋰電池的一半,大約65美元/kW,無需使用鎳和鈷,而且鋁元素在地殼中的豐度遠勝于鋰,不必擔心原材料短缺導致的成本上漲。
還具有超長的壽命:循環壽命高達20000次,對比鋰電池超級加倍,高達200萬公里的全壽命可用續航,滿足15年的車輛使用……
目前主流的兩種鋰電池,磷酸鐵鋰電池系統的能量密度大概在150Wh/kg左右,三元鋰電池系統能超過200Wh/kg的也廖廖可數。也就是說,這種新型的鋁離子電池(Ea2I)的能量密度達到了目前主流電池的三倍以上。
如果鋁離子電池能夠實現商用的話,電池續航至少可以提高三倍。
Saturnose公司稱,“一組重量565kg,150kwh的鋁離子電池組,可以為電動汽車帶來超過1200km的續航里程。”
什么是鋁金屬電池
來自百度百科方面的解釋顯示,鋁離子電池是一類可充電電池,放電時,鋁離子從陰極移動到陽極;充電時,鋁離子又回到陰極。
鋁離子電池可以在很短的時間內充滿電,并可以反復充電7500次。
鋁離子電池的原理和化學方程式其實很簡單,鋁電池以高純度鋁Al(含鋁99.99%)為負極、氧為正極,以氫氧化鉀(KOH)或氫氧化鈉(NaOH)水溶液為電解質。鋁攝取空氣中的氧,在電池放電時產生化學反應,鋁和氧作用轉化為氧化鋁。
鋁電池是一種無污染、長效、穩定可靠的電源,是一款對環境十分友好的電池。電池的結構以及使用的原材料可根據不同使用環境和要求而變動,具有很大的適應性,既能用于陸地也能用于深海,既可做動力電池,又能作長壽命高比能的信號電池。
看上去很美好。事實上,鋁電池早在20世紀60年代便已問世,并具有非常高的能量密度。鋁空氣電池由催化空氣陰極、電解質和金屬鋁陽極組成,其理論能量比為8.1千瓦時/千克,僅次于鋰-空氣電池的13.0千瓦時/千克。
然而,由于鋁空氣電池在放電過程中陽極腐蝕會產生氫,這不僅會導致陽極材料的過度消耗,而且還會增加電池內部的電學損耗,因而嚴重阻礙了鋁-空氣電池的商業化進程。
以往解決以上問題的方法主要是將高純度金屬鋁中摻雜特定的合金元素以提高金屬鋁陽極耐腐蝕性,或者在電解質中添加腐蝕抑制劑。
鋁電池還有一個致命缺陷——腐蝕。
若不使用鋰離子電池一個月,它們會損失5%的電量,而鋁電池由于鋁受到腐蝕的因素,會損失掉80%電量。
誰是鋰電池“顛覆者”?
目前市場上的主流當然是鋰離子電池。不過,鋰離子電池不僅能量密度無法達到理論最高值,在大電流下工作,還有可能出現鋰枝晶,從而刺破隔膜導致短路。液態電解質在高溫下也容易發生副反應、氧化分解、產生氣體,很容易發生燃燒等安全隱患。
為了提高鋰電池的能量密度和安全性,業內推出了固態鋰電池和鋰硫電池等新型電池。
固態鋰電池方面,它是把液態電解質替換為固態物質,提高了鋰離子或金屬鋰的材料密度,能傳導更大的電流,進而提升電池容量。因為固態電池中沒有電解液,更安全,體積更小能量密度更大。
傳統鋰離子電池中,需要使用隔膜和電解液,它們加起來占據了電池中近40%的體積和25%的質量。而用固態電解質,正負極之間的距離可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米,這樣電池的厚度就能大大地降低,固態鋰電池能有效減輕電池重量。因此全固態電池技術是電池小型化,薄膜化的必經之路。
全固態電池技術也被市場認為是下一代電池技術。
鋰硫電池方面,它以硫為正極反應物質,以鋰為負極。放電時負極反應為鋰失去電子變為鋰離子,正極反應為硫與鋰離子及電子反應生成硫化物,正極和負極反應的電勢差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。在外加電壓作用下,鋰硫電池的正極和負極反應逆向進行,即為充電過程。
鋰硫電池的理論放電質量比能量為2600Wh/kg。
固態鋰電池和鋰硫電池,都是很有希望能提高鋰電池功率密度的新技術,液態鋰電池的成本大約在1200-2000元/千瓦時,但如果使用現有技術制造足以為智能手機供電的固態電池,其成本會高達6萬元,更別說為汽車供電的固態電池成本了,所以固態鋰電池和鋰硫電池目前離產品市場化還有一段距離。
氫燃料電池則又是另一條賽道。除了零排放無污染外,氫燃料電池能量密度極高,只需要3-5分鐘就能充滿燃料,符合傳統加油習慣,提高了用車效率,除了催化劑使用鉑金外,其他沒有什么稀有金屬,鉑金本身也可以回收,使用中排放的僅僅是水,似乎是非常理想的能源。
但目前阻礙氫燃料電池發展的是:整車造價、加氫站建設、制氫成本。氫能源很有可能是長遠目標,但短期實現還有一段路要走,例如有待更經濟有效的降低成本的制氫方法出現。
誰是鋰電池“顛覆者”?有可能是固態電池,有可能是鋰硫電池,有可能是氫燃料電池,也有可能是鋁電池。
關于印度Saturnose公司
根據公開資料,Saturnose公司今年4月份才剛剛成立。
不過,據Saturnose公司聲稱,他們研究鋁離子電池已經有5年時間了。“Saturnose由沙特阿拉伯的風投基金提供資金支持,五年來一直在“秘密”研發鋁離子電池。”
據了解,目前印度政府已經開始支持這家公司,并準備為其在德里印度理工學院設立研發中心。同時,Saturnose還計劃與德國的弗勞恩霍夫高性能材料技術中心合作。但一切目前尚未落地。
至此,已經沒有更多的關于這家公司的信息。
市場認為,Saturnose只是一家“PPT公司”。
總結
如果明年真的能看到全新的鋁電池量產,那么它確實能夠顛覆當前的鋰電池,并為全球的能源發展作出巨大貢獻。
不過,相比每年實打實投入幾十億研發費用的電池巨頭,名不見經傳的Saturnose公司既無專利儲備又無權威背書,卻宣稱能將現有的續航水平直接翻倍,與其說是技術革命,更像是騙錢炒作,多少有些讓人信心不足。
更大的可能是,技術的演變不會一步登天,固態電池、氫燃料電池等技術路線,較鋁電池技術路線更加可靠!