尽管锂离子电池由于其较高的能量密度目前在电动汽车电池市场占据主导地位，但人们对替代技术的兴趣越来越大。其中一项技术是固态电池，汽车制造商正在积极探索。这些电池与锂离子电池不同，因为它们使用固体电解质，与锂离子电池中使用的易燃液体电解质相比，固体电解质被认为对先进的电动汽车更安全。
分析人士认为，电动汽车普及缓慢的主要原因之一是对充电时间、电池容量和行驶里程的担忧。然而，电池技术的最新进展表明，固态电池有可能解决这些问题，并有助于减少电动汽车对环境的影响。
固态电池正迅速成为最有前途的存储技术之一，提供更高的能源效率、更快的充电时间和更长的行驶里程。因此，它们在使电动汽车行业实现其脱碳目标方面发挥着重要作用。
鉴于政府的气候变化倡议旨在根据《巴黎协定》在2050年之前实现净零排放，专家建议固态电池可以在减少电动汽车的碳足迹方面发挥关键作用。根据运输与环境(T&E)委托Minviro进行的一项研究，使用由可持续材料制成的固态电池有可能将碳足迹减少多达39%。此外，某些采矿方法(例如从地热井中提取锂)对气候的影响远低于更常用的来源，例如从澳大利亚的硬岩中开采锂。
电动汽车电池的碳足迹减少高达39%
由于使用石墨阳极，传统锂离子电池的能量密度受到限制。为了克服这个问题，固态电池改用锂金属阳极，这提高了它们的能量密度。但是，将锂金属阳极与液体电解质相结合会引发枝晶的形成，枝晶是在电池内生长的细小金属纤维，会导致短路，从而导致电池损坏。
解决这个问题的一种可能方法是用电池中的固态电解质代替液态电解质。某些类型的固态电解质已显示出减少枝晶形成以及提高锂金属阳极稳定性的潜力。通过使用这种电解质，可以提高固态电池的安全性和寿命。
重要的是要知道枝晶形成的问题仍然存在，其中小的金属凸起会积聚在锂的表面并穿透固体电解质，从而可能导致短路。麻省理工学院教授Yet-Ming Chiang和一些研究生在《Joule》(《焦耳》)杂志上发表的一项研究，发现了一种通过施加和释放压力来控制枝晶生长的方法。这导致枝晶沿着与施加力相同的方向走锯齿形路径。虽然固体电解质上的机械应力可能无法消除枝晶的形成，但它们可以帮助控制它们的生长方向。
通过对固体电解质施加机械应力来控制枝晶的生长(来源：链接)
开发用于大规模生产固态电池的具有成本效益的制造技术仍然是一项关键挑战。此外，需要更多的研究和开发来提高固态电池的性能和稳定性，特别是在恶劣的工作条件下，例如电动汽车中的那些。
尽管面临种种挑战，许多电动汽车制造商已开始为其下一代电动汽车采用固态电池。在下一节中，我们将了解该行业的一些最新发展及其对推进该电池技术的贡献。
本田汽车公司首席执行官Toshihiro Mibe表示，该公司正在与通用汽车和其他韩国合作伙伴(如LG Energy Solutions)合作，将固态电池战略变为现实，以满足其对电动汽车不断增长的需求。但Mibe认为，获得用于大规模消费的固态电池技术可能需要数年时间，而且制定生产计划也很困难。与丰田汽车公司和日产汽车公司等竞争对手相比，本田在应对这种快速变化的市场趋势方面并没有那么先进。
丰田在2020年宣布，正在开发一款使用固态电池的电动汽车原型，但该车尚未发布。据推测，首款量产车型可能会在2020年代中期问世，这与其他制造商为使用固态电池制造电动汽车所做的努力相吻合。
日产一直在讨论可持续交通的未来对公司意味着什么，固态电池的开发一直是研究的重点领域。据Autocar报道，日产计划到2025年启动第一批固态电池的试生产工厂。在此之后，该公司的目标是到2026年完成初步的应用工程，并最终在2028年开始生产配备这些先进电池的电动汽车。
宝马和福特支持Solid Power公司，这是一家电池开发商，致力于使用基于硫化物的固体电解质生产轻质和更高能量密度的电池。宝马最近宣布，Solid Power计划在今年晚些时候提供全尺寸汽车电池进行测试。
“宝马仍然致力于追求全固态电池，我们认为这项技术在未来具有巨大潜力，”宝马开发委员会成员Frank Weber说。
(原文刊登于EDN姊妹网站Power Electronics News，参考链接：What Is the Role of Solid-State Batteries in EVs?，由Ricardo Xie编译。)
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