全固态锂电池：可靠的安全卫士
电动汽车自燃、手机电池爆炸……随着锂离子电池的大规模民用，关于电池安全事故的新闻不绝于耳，电池使用的安全问题也广受各方关注。不久前，日本丰田汽车公司透露，计划在2020年实现全固态电池的商用化。该公司早在2010年就推出了更安全、寿命更长、功率输出更优的全固态电池原型器件，希望它能在未来取代现有锂离子电池。
细心的消费者会发现，所有的锂离子电池都标有详细的注意事项，乘坐飞机也有严格的携带限制，这是因为锂离子电池内带有的有机溶剂具有可燃性，有一定安全隐患。如果要彻底保证电池安全，就要把可燃烧的有机溶剂用更安全的不能燃烧的固体电解质替换掉。
“固态锂电池有可能显著提高电芯的安全性，是未来电池技术的重要方向。”李泓告诉记者，现有的锂离子电池虽然安全性已经很高，但仍会不断出现安全事故。全固态锂电池没有电解液，不易燃烧和爆炸，不会产生液体泄漏和腐蚀，在高温下寿命不受影响，不易变形，电压允许范围更高。
“更重要的是，现有应用对电池能量密度要求越来越高，在现有技术下，通常电池容量越大越不安全。所以说，全固态电池是一种革命性技术，它可以在保证安全性的同时，提高电池能量密度。”李泓补充说。
不过，单纯强调安全性并不能把固态电池完全推向市场，性能的提升和成本的降低更加关键。“目前固态电池安全性能更高，但是在其他主要性能上，比如充放电速率上，低温特性上与采用液体电解质的现有锂离子电池有显著的差距。这主要是在固体电解质中离子传输的速度较慢，固体电解质和正负极材料界面的电阻很大，这些问题还没有很好解决，所以快充的特性暂时没有发挥出来。”李泓透露，全固态电池在快充时更安全，目前在日本学界的研究里表示其可以快充，但都还在实验室探索阶段，离应用较远。
丰田欧洲先进技术小组博士Chihiro Yada指出，全固态电池面临的技术障碍是功率密度不够高，原因在于电池阴极和固态电解质之间的转移电阻过高。因此，全固态电池开发过程中的主要任务就是提高它的功率密度。
固态金属锂电池的特性使其负极可以使用金属锂，金属锂的容量是目前锂离子电池中石墨负极的10倍，如果能解决金属锂使用和加工过程的安全性问题，用金属锂作负极，用高能量密度材料作正极，电池能量密度会有1至3倍的提升，而提升能量密度又是降低成本的最有效的办法。“虽然固态电池的制造和设计与现有的方式不一样，到底采用哪种工艺和技术路线还没有确定，但可以肯定这是非常有竞争力的技术路线，固态金属锂电池大规模进入市场最快还需5至10年的时间。”李泓预计。
氢氧燃料电池：汽油的理想替代物
一次燃料加注仅3分钟，巡航里程超过500公里，百公里加速10秒……随着丰田Mirai氢氧燃料电池车在今年上海车展亮相后，氢氧燃料电池技术一时成为人们热议的焦点，甚至被认为是汽油燃料的理想替代物。
事实上，日本丰田、本田公司在氢氧燃料电池领域已经研究了30多年，投入了大量资金。早在2014年11月18日，丰田公司就把氢氧燃料电池汽车推向了市场，标志该电池商业化走出了第一步。
氢氧燃料电池的充电方式其实就是加注氢，形式上和加油较为类似，不过氢氧燃料电池则要环保得多。该电池工作原理是氢气和氧气经过离子膜发生化学反应释放电子，产生电能，从而代替汽油发动机发电，最终驱使电动马达带领车辆前进，而化学反应的产物只有水没有二氧化碳。
“丰田推出氢氧燃料电池汽车，是一个标志性、历史性事件，但并不代表其能够马上进入市场。从理论上说这是一条有竞争力的技术路线，最终能不能商业化还要看其技术的经济性。”李泓坦言，燃料电池加氢速度快，一次加氢续航里程长，和汽油相当，且产物是水，从使用过程的环保角度考虑是汽油的理想替代物；但其成本高昂，氢的生产、运输、储存都要克服很大困难。
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