
今年早些时候,一家名不见经传的芬兰初创公司抛出了一枚“重磅炸弹”:宣称已成功攻克固态电池的技术难题。
不仅如此,作为Verge Motorcycles的衍生公司,Donut Lab表示,其研发的固态电池,长久以来被誉为“终极电池”,具备高密度、耐用性强以及快速充电等显著优势,预计将于今年晚些时候正式投产。
然而,电池领域的专家对此持谨慎态度。毕竟,固态电池与通用人工智能、超级高铁等技术一样,似乎总是“即将实现”却又“遥遥无期”。尽管该领域的大部分合法研究(无论是学术探索还是商业开发)都有一定程度的公开性,或有知名人士参与其中,但Donut Lab却仿佛“横空出世”,既无知名研究人员背景,也缺乏在该领域的先前积累。这种“来历不明”的情况,立刻引发了业界对其可信度的质疑。
“我不能断言他们没成功,”马里兰能源创新研究所所长、固态电池与固体氧化物燃料电池专家埃里克·瓦克斯曼(Eric Wachsman)表示,“但我也只能说,他们尚未证明自己已经成功。”
这种怀疑并非空穴来风,尤其是考虑到多年来众多科研力量对固态电池的追逐。我们真的要相信这家名不见经传的初创公司能超越丰田、Stellantis乃至整个中国电池行业吗?这显然不太可能。
Donut Lab似乎预料到了外界的质疑,于去年2月推出了一个名为idonutbelieve.com的网站,作为发布独立测试结果的平台,旨在证明其固态电池的真实性与卓越性能。在短短数周内,该初创公司便发布了芬兰国有VTT技术研究中心的第三方测试报告,宣称其电池正如所描述的那样:一种快速充电、高能量密度的固态电池,而非伪装成电池的超级电容器。
“当我们拿出证据时,质疑声不会平息,”Donut Lab首席执行官兼联合创始人马尔科·莱蒂马基(Marko Lehtimäki)在一段视频中表示,“它只会更加激烈,因为这项新技术对行业内的老牌企业构成了挑战。”
然而,Donut Lab仍有一些关键信息未予公开。在今年1月的CES展会上,该初创公司宣称其固态电池的能量密度达到每公斤400Wh,约为当前典型磷酸铁锂(LFP)电池的两倍。不仅如此,该电池还能在5分钟内充满电,使用寿命几乎无限,可达10万次充电循环,且不受温度影响(从零下30摄氏度到100摄氏度),同时不含稀土元素、贵金属或易燃液体电解质。
但其中大部分内容仍未得到充分验证。即便发布了VTT的五份独立测试报告,该初创公司仍未证明三个最关键的指标:化学成分、能量密度以及循环寿命声明。
风险之大不言而喻。试想,一辆电动汽车单次充电即可行驶700至800英里,且不会起火,因为易燃电解质已被固体材料所取代。
在锂离子电池中,液体电解质的运动会产生热量,在某些情况下,这可能导致“热失控”效应,进而引发火灾。相比之下,固态电池将使快速获取(或补充)电力变得更加安全,这意味着理论上电动汽车的充电速度可以更快。这也意味着,从结构上看,无需为温度控制预留过多空间,从而让公司在相同体积的电池组中安装更多电池单元。
在查看了Donut电池的测试结果后,瓦克斯曼表示,仍存在重大疑虑。例如,在极端高温测试中,Donut电池周围的软包失去了真空密封。电池内部的气体生成(可能由电解质分解或氧气释放等过程引起)可能导致电池软包膨胀和破裂。但如果不了解电池单元的确切化学成分,就难以评估Donut电池出现这种故障的严重性。
暂且不论Donut电池,固态电池从实验室走向生产线之所以困难重重,是因为存在一些有据可查的问题。这些电池常常受到被称为枝晶的金属裂纹的困扰,导致短路。你可以将它们想象成在人行道下生长的树根所形成的裂缝。
自20世纪70年代以来,枝晶问题就一直困扰着电池研发人员。锂离子电池之所以能够普及,而其他方法却停滞不前,部分原因在于它们常用的石墨阳极不易形成枝晶。
但新的发现或许能帮助工程师最终克服这些障碍。麻省理工学院的一个研究团队最近在《自然》杂志上发表了一项研究,发现高电流引起的化学反应会削弱电解质,使其更容易形成枝晶。这就是为什么仅仅开发更强的电解质并不能解决存在了几十年的枝晶问题。这可能表明,开发化学性质更稳定的材料对于最终实现固态电池的承诺至关重要。
进展已经出现——不出所料——在中国。上个月,控制着全球近40%电池市场的宁德时代提交了一份固态电池专利申请,据称其能量密度高达500Wh。据CarNewsChina报道,这家电池制造商已计划在2027年进行小规模生产。但汽车级电池可能要到本世纪末才能准备就绪。
其他中国公司也在奋起直追。汽车制造商一汽最近表示,其能量密度为500Wh/kg的“液态-固态”富锰锂电池已准备好用于车辆集成。
中国已经在为本世纪末的大规模生产做准备,希望届时该技术已经成熟。为什么不呢?多年来,中国一直高度重视电动汽车和电池开发,从而得以在全球市场上占据主导地位。
不同的公司正在采取不同的策略。例如,尽管出现了新的替代品,本田仍致力于硫基电解质的研究。去年10月,丰田宣布“到2027年或2028年,将在纯电动汽车中首次实际使用全固态电池”。梅赛德斯则使用初创公司Factorial的原型电池,使电动EQS轿车在实际行驶中达到了749英里的续航里程。
“这些公司可能还有很长的路要走,”美国国家科学基金会固态电力存储产业-大学合作研究中心主任阿列夫蒂娜·斯米尔诺娃(Alevtina Smirnova)表示,“因为中国现在的发展态势与美国不可同日而语。”
就Donut Lab而言,它对围绕其声明的质疑并不在意。4月1日,莱蒂马基发布了一段新视频,回应了围绕其固态电池的一些争议。他还透露,Donut Lab已经开发出了第二款更适合生产的电池版本,将于今年晚些时候开始向客户发货。
他做出了一个重要说明:广泛讨论的“10万次循环”数字是一个设计目标,而非经过实验验证的结果。实际测试是在较短的循环周期内进行的,并根据已知变量(如充电速率、温度和使用条件)进行了预测推算。
随后,他转向了一个更近期的项目:Donut Lab最新推出的周边产品,包括一顶“锡纸”遮阳帽。
