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新科技速遞| 固態電池研發短兵相接 理大夥蔚來助研發落地

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理大校長滕錦光教授(後排右四)及蔚來創始人李斌(後排左四)見證下,理大鄭子劍教授(前排左)及蔚來副總裁曾士哲(前排右)簽署戰略合作備忘錄。

[新科技速遞]

根據研究機構Counterpoint的報告,上半年中國全球電動車電池市場市占率,達三分之二,各國急起直追,研發下一代固態電池,以扭轉形勢。

豐田計畫2026年投產固態電池,充電10分鐘,續航力可達1000公里,固態電池能量密度高、充電速度更快,安全性更高,毋須金屬容器保護,又降低車重,成為下一代車企兵家必爭之地。

不過,固態電池研發極其困難,歐洲Northvolt剛宣佈破產保護,美國Quantumscape股價低迷,率先量產反而是台灣地區的輝能科技(ProLogium Technology)和北京亦莊的純鋰電池。

輝能的固態電池能量密度,達321 Wh/kg,剛推遲了位於法國敦克爾克(Dunkirk)工廠擴充計畫,反映出歐洲市場放緩。中國進入快車道發展,多家廠商宣佈了投產時間,蔚來更推出半固態電池,能量密度350Wh/kg,電池能量密度150KWh,比Tesla Model 3 Long Range高一倍,續航約一千公里。

中國補助電池研發

各國爭相研發新一代電池技術,中國更覷凖固態電池為重點產業。據報,北京擬投入60億元人民幣補貼,固態電池成國家重點研發項目。香港的材料研發處於國際領先地位,蔚來為加快固態電池落地,宣佈與理工大學簽署戰略合作備忘錄,推動電動車動力電池技術、成果轉化及人才培養。

雙方研發人員圍繞電動汽車的前瞻技術、關鍵技術和工程應用、高端裝備製造及相關產業基礎研究,開展並進行聯合研發。

固態電池內的電解質屬於固體,以往受到「鋰枝晶」和界面接合等問題困擾,固體電解質中的離子較難移動,近年來發現了新化合物,為固態電池研發開闢了新道路。

在固態電池全速發展的情況下,QuantumScape剛公佈首次批量發送Alpha-2系列固態原型電池給車廠,並與大眾汽車屬下的PowerCo授權簽訂生產合約,華為亦剛申請固態電池專利,各廠商已摩拳擦掌。

理工大學也有團隊正在開發電池技術,鄭子劍教授的科研項目「下一代動力儲能電池複合集流體的中試與量產」,更獲首屆「產學研1+計畫」的資助,開發超輕、超薄、柔性且強韌的導電複合薄膜,可應用於鋰離子電池及固態鋰電池中的集流體,提高電池能量密度。

鄭子劍
理大應用生物及化學科技學系軟材料及器件講座教授鄭子劍在理工設有電池實驗室,具備各項精密儀器開發下一代電池,集流體研發更進入「產學研1+」

集流體電池突破

鄭子劍研究專長是柔性電子,開發柔性電池先須改變集流體材料。其實所謂,集流體是鋰電池電芯中正負極部分,承載正極和負極的活性物質,作用是彙聚電流對外輸出,完成化學能向電能的轉換,屬於鋰電池關鍵部件,約占成本一成半。過去數十年,集流體一直都是由純銅箔和鋁箔構成,銅箔作為負極,鋁箔作為正極,但材料過於剛硬脆弱,不能變曲,也無法製成柔軟彎曲的電池。

鄭子劍開發複合集流體,供柔性電子器材採用,同時可降低銅和鋁用量,以低密度高分子替換高密度金屬,降低集流體重量和厚度,提升電池能量密度。複合集流體又需要具備抗壓強度高、熔點低的高分子材料,可降低熱失控風險,提高電池安全度。

複合集流體讓固態電池輕薄、提高能量密度,以碳和金屬複合製成,具備機械強度、電化學穩定和熱穩定性,更是改善電池安全的關鍵,避免了電池短路。較早前,寧德時代亦推出了利用複合集流體的動力電池。

蔚來汽車副總裁曾士哲說,此次與理大合作,以校企聯動服務國家重大戰略,促進經濟社會發展和科學技術進步。

現時,蔚來在國內正營運數千個換電及充電站,供車主更換電池無須充電,不過電池的壽命和充電次數直接影響了成本。較早前,蔚來與寧德時代已宣佈合作開發壽命更長的動力電池,固態電池續航力更長,有利降低電池交換的成本,也是實現盈利的關鍵。

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