铝离子固态电池的能量密度及铝离子固态电池概念股

近日,一条关于印度初创公司秘研“增强型铝离子电池”的消息火爆了全球网络,很快上了热搜,因为谁的心里都明白,电动汽车最大的“痛点”就是续航能力,而电池的好坏又决定了续航能力。

网传锂离子电池续航能达到600公里,相当于一箱油跑的里程数,这话不假,但前提是必须要在一望平川的大马路上,还必须是新电池,如若没有这些前提条件,锂离子电池跑个200公里就已经够呛了,但燃油汽车几乎不受影响。

要说电动汽车的不足之处,相信用过电动汽车的人能数出一大堆来,动力不足,上坡突然抛锚,充电时间过长,电量下降严重等,多了去了。

说来说去,这些问题都跟电池的好坏有莫大的关系,什么时候电动汽车电池迎来颠覆性技术更新呢?就像当年汽车代替马车一样,而现在“铝电池”真的就快来了,完美碾压锂电池。

增强型铝离子电池(Ea2I)完美碾压锂电池

根据印度初创公司公开信息,密研了五年的增强型铝离子电池(Ea2I)150KW,重565公斤,续航1200公里,永不燃爆,充电只需12分钟,可充放20000次,价格便宜50%,不产生枝晶,如果这是真的,每一条都可以直接碾压锂离子电池。

更重要的是,铝离子电池能量密度为650Wh/kg,而锂离子电池能量密度不到200Wh/kg,能量密度是锂电池的3倍,能量密度可能不太好理解,我们换一种说法,1公斤铝离子电池能产0.65度电,而锂离子电池只能产0.2度电,再一次碾压锂离子电池。

其实这还不是铝离子电池能量密度极限,早在2010年,美国的橡树岭国家实验室(ORNL)就研制出一种高能量密度的铝离子电池,据说能量密度达到1060Wh/kg,比印度初创公司显示的能量密度还要高得多。

ORNL制造的高能量密度的铝离子电池之所以没有推广开,主要是因为没有找到适合的电解质和良好的阴极和阳极材料,要不然早就上市了。

为何铝电池能量密度是锂电池的3倍?

这是由于铝原子和锂原子有着不同的带电属性而决定的,那么我们就简单地对铝原子和锂原子结构,以及电离和冲放电进行一番了解。

铝是一种金属元素,铝原子相对原子质量为26.981539,元素符号为Al,原子序数为13,铝原子的原子核共有13个带正电荷的质子,周围环绕着13个带负电荷的电子,正负刚好相等,所以铝原子是没有电的。

铝原子结构中的13个电子可分为三层,形成283结构,也就是说铝原子的最外层有三个电子,而这三个电子很容易通过电离的方式去掉,而变成带电铝离子,因此,一个铝离子带三个正电荷。

当铝离子电池开始工作时,带正电荷的铝离子从电池负极出发,流向电池的正极,从而提供能量,这就是一次完整的放电过程。当充电时,正极内的铝离子获得三个电子后,重新返回负极。

锂也是一种金属元素,元素符号为Li,目前是地球上最轻的金属,锂原子内核有3个质子,周围环绕着3个带负电荷的电子,电子层为21结构,即最外层只有一个电子。锂原子在失去一个电子后变成锂离子,但锂离子只带一个正电荷。

尽管铝离子要比锂离子重得多,但是它们的离子半径非常接近,铝离子半径0.54 Å,锂离子半径0.76 Å,这意味着在同等条件下,铝离子所带电荷是锂离子的3倍,铝离子电池的能量密度当然是锂离子电池的3倍了。

铝电池取代锂电池?

这是一个有争议性的话题,有不少学者对铝离子电池的卓越性能产生质疑:一,充电12分钟就能充满,充电桩得需要多大功率啊?

不信来算算,565公斤重的铝离子电池(Ea2I)150KW,那么充电桩输出功率需要750KW,即750000瓦,目前的交流充电桩输出功率一般只有7000瓦,而最大直流充电桩输出功率也只有200000瓦,这显然是不够的。

二,铝离子电池的产电原理和锂离子电池是一样的,同样是金属,按理说一样会产生枝晶,为何说铝离子电池就不产生枝晶,永不燃爆呢?这真的让人很费解。

但个人认为,即便铝离子电池(Ea2I)充电12分钟、不产生枝晶都是假的,但只要续航能力增加三倍,价格便宜一半,那么它取代锂电池将指日可待。

铝电池取代锂电池还有一个更重要的原因

锂是稀有金属,自然价格比较贵,锂在地壳中的自然含量只有1,100万吨,可开采储量只有410万吨,而现在人类一年就要使用2万多吨,200年就用完了,如果全球电动汽车销量增长10倍,那么20年就枯竭了。

而铝是常见的金属,储量非常丰富,价格便宜,地球总储量超过750亿吨,非洲、大洋洲、拉丁美洲,亚洲、欧洲都有分布,简直是要多少有多少,别说是200年,就算是用1万年也足够了。

所以,铝离子电池会取代锂离子电池,是人类社会发展的结果,就像汽车取代马车,新能源取代传统能源,手机取代传呼机,高楼大厦取代小平房,都是社会发展的大势所趋。

 

Saturnose公司对外宣称,该公司5年以来都在秘密研制增强铝离子电池,他们计划公布将铝离子电池化学成分的独立测试,同时计划在2022年正式推出全球首款商业级可充电铝离子固态电池。这家公司号称,这款电池价格比锂电池便宜一半,续航可以达到1200公里,12分钟就可以充满,电池使用寿命更长,有望取代锂电池。

铝离子电池到底是啥?和锂电池相比有什么优势?Saturnose公司真的要成为第一家成功商用铝电池的企业吗?

这回我们就来好好聊一聊这些问题。

话说自从世界各国发展新能源汽车以来,关于传统燃油车和新能源汽车之间的相互比较和讨论就没有停歇过。从现在的情况来看,传统燃油车的优势是没有里程焦虑,缺点是不环保,而新能源的优势是环保,加速快,缺点则是有里程焦虑。不同的企业也提出了解决里程焦虑的方法,比如:针对电动车,可以采用超快充,或者换电,这些问题暂时还没有能够彻底解决里程焦虑。至于氢能源汽车由于还没开始普及,所以还没有涉及到这个问题。

客观地说,想要解决里程焦虑,除了在充电、换电方面下功夫之外,电池的续航能力和稳定性也是当前最需要解决的问题。不少人认为,当电池的续航能力可以达到1000公里以上,配合着超快充和换电,新能源车将会彻底地解决里程焦虑的问题。

一般来说,电动车采用的电池主要有磷酸铁锂电池、三元锂电池等电池。其中,不同类型的电池,优缺点不同。

磷酸铁锂电池:优点是热稳定性好、成本低、安全、使用寿命长。缺点是能量密度低,体积大,在低温环境下表现欠佳,在北方寒冷的冬天,充电都是问题。

三元锂电池:优点是能量密度高、循环寿命长、不惧低温。缺点是热稳定下不行,在高温作用下电解液会迅速燃烧,安全性不如磷酸铁锂电池。

市面上绝大多数的新能源汽车都是使用这两款电池,常见的续航里程都在350公里~600公里之间,已经量产上市的车型中,官方标注的续航里程超过700公里的一共也没有几款,更不要说实际上驾驶过程中,续航还会打折了,这也正是造成了现在新能源汽车里程焦虑的核心原因。

铝离子电池真的可以吗?

Saturnose公司宣布自研商业级固态可充电铝离子固态电池之前,就有不少的研究人团队在研究铝离子电池了。其中就包括了浙江大学高分子科学与工程系高超教授领导的团队,他们在2017年12月宣布设计出了一种石墨烯薄膜为阴极、金属铝为阳极的电池。

不过,这些研究团队所设计出来的铝离子电池都停留在实验室的阶段,暂时还无法量产商用。确实有不少学者认为,铝离子电池具有替代锂离子电池的潜力。

铝离子电池在概率上和锂离子电池是非常相似的,只是它具有的是铝阳极,而不是锂阳极。从现在实验室已经设计出来的铝离子电池来看,铝离子电池具备的优势是能力密度更高、更安全以及更便宜的优势,并且用来制造电池的原材料铝元素都要比锂元素更加丰富。

那Saturnose公司这款铝离子电池有什么特点呢?

根据该公司官方的材料来看,他们的这款铝离子电池可以说全方位碾压了市面上的各种锂离子电池,成本更低、更安全、使用周期也越长、能量密度也越高、容量也越高,

其中成本只有锂离子电池的50%,一组150kW的固态铝离子电电池重量为565斤,能量密度达到了550Wh/L,充放电周期至少是锂离子电池的3倍,续航甚至超过了1000公里,使用寿命可以达到15年。

如果真的如Saturnose公司公布的信息那样,那么铝离子电池是很有希望取代锂离子电池的,如果电池制造成本更低,那真的有希望降低新能源汽车的造车成本,进而让新能源汽车的售价降低。不过,这一切都要建立在Saturnose公司公布的这些信息是真实的,并且这个电池可以量产的情况下。

那这事到底靠谱吗?

铝离子电池确实很有可能成为新能源行业未来发展的重要领域之一。要对铝离子电池进行商用,实际上还有相当长的路要走。此次这家Saturnose公司是计划铝离子电池化学成分的独立测试,在这个基础上再发布首款商业级铝离子固态电池。不过,这家公司之前并没有相关的背景,也没有任何的相关产品上市,能够查到的资料显示,这是一家由沙特阿拉伯的Dana风投基金提供过2轮投资的企业,五年来一直在秘密研发这项技术,而研发这项技术的负责人则是由阿拉伯支持的印度研究者。基于这些信息,我们还无法下定论,唯有让时间去证明一切。