電動車電池技術的趨勢

這篇來探討電動車的電池趨勢。最近美國的固態鋰電池新創QuantumScape在美股的暴漲暴跌充分說明了一般人對電動車電池關鍵性技術突破的不確定性，即使背後的大金主是比爾蓋茲。固態電池是指電解液是固態，相較於現行液態電解液爆炸起火的危險性，未來固態電池則沒有這樣的疑慮。經常在報章雜誌可以看到一些新電池技術的突破之類的消息，通常這些消息接下來都是五到十年的商品化的漫漫長路。這類的消息除了上述的固態鋰電池還包含：石墨稀(Graphene，當作純電極材料的真正石墨稀電池，非一般僅用於正極助導劑但卻誤稱石墨稀電池)、無負極電池(Anode-Free Lithium Battery, AFLB)、鋰鹽、鋰硫、鋰空氣、甚或鋁燃料電池(抽換式)等。上述的AFLB指的是負極電流收集器上(通常為銅)不需要再附著負極材料(例如石墨、碳化矽、鈦酸鋰)。

在所有技術中，與其他電池新技術相比，固態電池算是跑得比較前面的，儘管QuantumScape的股價的信心波動，以業界持續投入固態電池的研發能量，個人認為五年之內的商品化是一個合理的期待。尤其固態電池的高穩定性與高能量與功率密度都會是未來電動車普及化重要推手(幾乎是唯一的)：充電時間縮短到五分鐘。屆時選購電池電動車或氫能電動車的考量將只會是充電樁的普及度與加氫站的普及度與費用的差異或是環保上的考量。後者也就是電池原料與製造回收的環保成本相較於氫燃料電池(fuel cell stack)的製造與氫燃料的製造的環保成本(附註：氫燃料電池唯一排放為水，甚至由於燃料電池需要純淨的空氣中的氧，因此也有類似空氣清淨機淨化空氣的"副作用"，想像每一台氫動力電動車都是一台行動空氣清淨機)。

所有這些新的電池技術不外乎能量密度(體積與重量，提升續航力)、功率密度(提升馬力與縮短充電時間)、與穩定度(提升安全性)。除了向固態電池這類主要分水嶺式的突破，其他逐步改善的市場現有技術像是能量密度高但較不穩定的三元鋰電池(不同混和百分比的NCA, NCM)或是相反的磷酸鐵鋰(LFP)也都被各家主要電池廠逐漸推出。例如中系CATL廠的磷酸鐵鋰或韓系LG與三星SDI的三元鋰或是其他例如縮小電極材料的粒子尺寸以提升功率密度，但是此種方式往往會降低體積能量密度，所以在研發過程中往往必須前述三種特性都能同時優化才有意義。