燃料电池 中国电池网资料图

一条“充电1分钟，续航800公里”的新闻，把我们的视线拉到了固态电池之上。似乎固态电池一下子成了促使电动汽车取得飞跃的法宝。虽然细究一下，不难发现这条由菲斯克公司所披露的消息仍然有很多值得商榷之处，但至少说明固态电池正在成为电池发展新的方向。

另一方面，已经说了很多年的燃料电池汽车近年来也随着日韩车企相继投产而成为关注的焦点。固态电池和燃料电池，究竟谁才是未来新能源汽车的方向？各自又会遇到怎样的困难呢？

“灵活的、优越的能量密度固态电池”，美国电动汽车制造商菲斯克的这项专利，号称将电动汽车的续航能力提高到804公里，充电时间则缩短到1分钟。而这项专利所描述的事实上就是固态电池。

我们不妨用初中物理知识来简单计算一下。按照目前电动汽车较为优秀的10kWh/100km能耗水平计算，804公里需要耗能80.4kWh，那么1分钟充满那么多电，充电功率将达到将近5000kW。

5000kW是什么概念？几乎是一个中型发电站的功率。因此，菲斯克的这个专利仅仅是针对单节固态电池的实验室数据。在现实情况下，考虑到电池组的集成和电网的承受能力，所谓的“充电1分钟，续航800公里”只能是一个宣传的噱头。

不过，固态电池确实是目前车用动力电池取得能量密度突破的重要方向。而另一个发展方向燃料电池汽车，近年来也在如火如荼地前进。君不见，当特斯拉和丰田在相互嘲讽对方的技术路线时，就意味着这里一定大有文章可讲。

固态电池：能让纯电动汽车实现大规模商业化的突破口

每一次电池性能的显著提升，本质上都是电池材料体系的重大变革。因为每一类电池材料体系都有其能量密度的上限。

从第一代的镍氢电池和锰酸锂电池，第二代的磷酸铁锂电池，到目前广为采用并预计持续到2020年左右的第三代三元电池，能量密度和成本分别呈现出阶梯式上升和下降的明显趋势。因此，下一代动力电池选用何种电池体系，对于实现2025年左右的电池目标至关重要。

目前的磷酸铁锂电池，单体能量密度大致在120-140Wh/kg，规模化的三元电池单体能量密度可以达到130-220Wh/kg，实验室里的三元电池则可以达到300Wh/kg。

但受制于现有体系架构和关键正极材料影响，现有体系的锂离子电池能量密度基本上很难突破300Wh/kg，很难满足未来动力电池的需求。想要达到2025年单体电池能量密度400Wh/kg、2030年500Wh/kg的水平，新兴电池技术研发及产业化迫在眉睫，那意味着电动汽车的续航里程相比现在将翻一番。

目前商用的锂离子电池，主要问题在于使用液态/胶状电解质，电化学窗口有限，难以兼容金属锂负极和新研发的高电势正极材料，从而使能量密度上升存在瓶颈。而在安全层面，这样的架构还会造成短路引燃、离子浓度差增大电池内阻、电极材料持续消耗等问题。

而固态电池进入视野，正因为它具有高的离子电导率和机械强度、宽的电化学稳定窗口和工作温度区间，能够实现高能量密度、高功率密度和高安全。

固态电解质比有机电解液具有更宽的电化学窗口，有利于进一步拓宽电池的电压范围，并且因为不存在浓差极化而可以工作在大电流条件，从而提升电池能量密度。同时固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题、无需隔膜隔开正负极、阻止锂枝晶的生长，从根本上避免了电池的短路现象，能够应用更多的负极材料。

此外，在集成进电动汽车时，固态电池还具有结构紧凑、规模可调、设计弹性大等利于整车集成的特点。

这样看来，固态电池是不是就完美了呢？事实上远非如此。目前具有潜力的固态电解质材料可以分为聚合物、硫化物和氧化物，然而不同的材质与不同的排列组合化学性能差异很大，有的充电速度快，有的能量密度高，各有所长又各有所短，很难做到一种材料解决所有的问题。

同时化学性质不够稳定、制备工艺不完善等问题的真实存在也让固态电池还有相当长的路要走。