电动汽车行业中最神圣的两个数字是300英里和100美元。第一个数字通常被认为是电动汽车单次充电需要行驶的里程,才能让美国人认真对待它们。第二个数字是每千瓦时的成本,电池需要降到这个成本,电动汽车才能在标价上与燃油汽车竞争。
Sakti3 是一家密歇根州初创公司,多年来,汽车行业内部人士一直在窃窃私语讨论这家公司。该公司长期处于半隐身模式,与媒体对话,但对其技术细节却鲜有透露。现在,该公司联合创始人兼首席执行官 安·玛丽·萨斯特里 告诉我,该公司的原型固态锂电池的能量密度已达到创纪录的每升 1,143 瓦时,是目前最好的锂离子电池能量密度的两倍以上。
Sakti3 的技术是固态电池,采用与制造平板显示器和光伏太阳能电池相同的薄膜沉积工艺生产。该电池不含液体电解质;“中间层”既充当隔膜,防止正负电极接触,又充当电解质,允许理想的离子转移发生。萨斯特里表示,Sakti3 将在几年内将其技术商业化,首个应用将是消费电子产品。如果一切按计划进行,电动汽车电池将紧随其后。如果 Sakti3 能够实现其所宣称的目标,它可能会成为提供 300 英里续航里程、25,000 美元电动汽车的那种电池。
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然而,在所有人开始谈论上帝电池即将到来之前,需要注意一些重要的事项。大多数技术细节仍然是秘密。能量密度声明尚未得到独立验证。将一个微小的原型电池变成适合上路的汽车电池是一项巨大且不确定的工作。而且电池行业有着长达一个世纪的夸大其词和未兑现承诺的悠久传统。
就其价值而言,萨斯特里似乎明白这一切。“我们已经有几个电池和运行已经证明了这些数字,我们对此充满信心,”萨斯特里说。
尽管 Sakti3 非常神秘,但它并非默默无闻。如果您在过去六七年中与通用汽车公司参与雪佛兰 Volt 项目的任何人互动过,您肯定听说过萨斯特里和 Sakti3。这个故事一直都是这样:Sakti3 正在研究这种新的固态技术,它可以超越锂离子技术,但这仅仅是我能告诉你的。
到目前为止,该公司已获得包括 Khosla Ventures 和 GM Ventures (这家汽车制造商的技术投资部门)在内的投资者的数百万美元资金。前通用汽车高管乔恩·劳克纳曾是雪佛兰 Volt 背后的策划者,现在领导通用汽车风投公司,他担任 Sakti3 的董事会成员。
该公司起源于密歇根大学的工程系。大约在 2006 年,萨斯特里和她的同事开始进行复杂的数学优化方案,试图找出影响电动汽车电池的许多竞争变量(能量、功率、质量、体积、成本、安全性)中哪些可以妥协。他们的计算结果告诉他们要去除传统锂离子电池中的液体电解质,以及液体电解质所需的所有额外包装。
很容易理解为什么。锂离子电池中的电解质是一种类似于汽油的液体,它会导致许多二次化学反应,这些反应会随着时间的推移而降低电池性能,或者更糟,会导致熔毁和火灾。由于液体电解质的脆弱性,汽车中使用的锂离子电池组通常包裹在包装中——液体冷却管、电子控制装置等等。这些东西会增加成本和重量。
但要去除电解质并不容易。人们尝试过。值得注意的失败案例包括加拿大公司 Avestor,该公司在向 AT&T 出售的固态锂电池开始在北美各地的 U-Verse 有线电视盒内爆炸后于 2006 年申请破产。
Avestor 使用聚合物隔膜代替其电池中的电解质。我们不知道 Sakti3 使用的是什么——这是商业机密。正极的成分也仍然是秘密;萨斯特里说它没有什么特别之处,“一种非常容易理解的电化学”。我们确实知道,像目前为止识别出的最有前景的后锂离子电池化学物质一样,Sakti3 电池具有金属锂负极或负电极。
Sakti3 用于制造其电池的真空沉积工艺与大多数电池制造商使用的层压工艺有很大不同。锂离子电池工厂看起来像是印刷机和工业面包店的结合。在巨大的工业搅拌机中,化学粉末被混合成湿浆;然后将其涂在金属薄膜片上,然后将其切成电极,并与电解质和其他组件一起放入袋中。
相比之下,在固态制造过程中,薄膜电池的层是按顺序沉积的——首先是阴极,然后是集电器,然后是中间层、阳极等等。整个过程都在真空室中进行。
在真空室中工作如何能够便宜,这一点并不明显,但萨斯特里表示,这样做有成本优势。“首先,固态不需要任何老化要求。电池出厂时已充满电并准备好测试,而使用现有技术的电池在可以使用之前需要 30 到 60 天的时间。”“其次,它的吞吐量非常高。”她说,制造速度是早期固态电池工作瘫痪的原因。“当我们开始时,文献中出现了很多固态电池,”她说。“它们完全在由于速度原因而始终昂贵的平台上制造。我们的数值模拟告诉我们,要将精力限制在廉价的工具上,”比如该公司今天使用的定制原型生产线。
Sakti3 还受益于时间的推移。他们可以利用在太阳能电池板、平板显示器和其他固态电子产品的制造工艺中投入的大量工程技术。“当我们研究我们的技术时,与我们的技术非常相似的技术在成本方面取得了重大进展,”萨斯特里说。“我们将从中受益。”
她说,所有这一切就是为什么 Sakti3 最终应该能够达到每千瓦时 100 美元的目标的原因。
还有很多其他变量需要考虑。循环寿命如何?也就是说,电池在开始变得毫无价值之前可以充电和放电的次数?萨斯特里说,由于她的电池中的化学反应比传统锂离子电池中的化学反应简单得多,因此它们应该会持续更长时间。“我们期望有很棒的循环寿命。”安全性如何?“固态消除了电池单元中最危险的部分,”她说。“你可以将其中一块电池掰成两半。把热焊料滴在它上面,它仍然可以工作。”
少数了解 Sakti3 工作细节的专家之一是 魏路,他是密歇根大学的工程学教授。路说他没有直接参与 Sakti3 的工作,也没有与该公司有任何财务关系。他还说他对该公司印象深刻。“他们有一个非常严格的测试设施,”他说。“他们的结果令人印象深刻且非常准确。”