在电动车行业中,“最神圣”的数字就是300英里和100美元。300英里指的是,汽车单次充电后可以行驶的路程,美国人非常看重这一点;100美元指的是,电动汽车的电池每千瓦时的成本,只有这样,电动汽车的价格才有可能与燃油汽车竞争。Sakti3公司称,他们很快就能将这两个数字变成现实。近几年,这家新兴公司时常成为业内人士议论的主题。
对外界而言,该公司总是半遮半掩,他们会面对媒体,却对自己的技术只有只言片语。最近,Sakti3公司的联合创始人兼CEO安·玛丽·萨斯特里(Ann Marie Sastry说),他们公司的原型固态锂电池的能量密度达到了创纪录的1 143瓦时/升,是目前最好的锂电池的两倍多。Sakti3公司的固态电池采用薄膜沉积技术进行生产,这一技术也常用于平板显示器和光伏太阳能电池的生产。
电池内部没有液体电解质,取而代之的是一种“夹层”装置,这种“夹层”既能充当隔离器,阻止正负电极的接触反应;又能充当电解质,保证电离子间的的正常传输。萨斯特里说,公司打算几年后让该技术实现商业化。按计划,这种电池的首项应用将在消费电子产品领域。如果一切顺利,消费电子之后就是电动车电池。如果Sakti3公司的电池确实如上所说,那么续航里程达300英里、价格为2.5万美元的电动车就会问世。
关于这种电池,大部分技术细节尚不为人所知;Sakti3公司宣称的能量密度也未得到过独立机构的证实;要把一个小小的原型电池转变为可在现实中使用的汽车电池,还有太多的风险和不确定性。最后,长期以来,电池业一直有着一个“光荣的传统”:说得好听,却往往难以实现。不过,对于这种新型电池的价值,萨斯特里似乎很清楚:“我们制造过数个这类电池的样品,也试用过几次,试用结果让我们充满信心。
”尽管保密工作做得很好,但Sakti3也做不到完全隐身。在过去六七年中,如果你和雪佛兰公司(通用汽车旗下公司)的人打过交道,你多半会听说萨斯特里和Sakti3公司。故事版本通常是这样的:Sakti3公司正在开发一种可以超越锂离子电池的全新的固态电池技术——但有关这项技术的所有细节,目前还不能告诉你。
目前为止,Sakti3公司已经得到了数百万美元的资金,提供资金的机构包括科斯拉风险投资公司和通用汽车风险投资公司,这两家投资公司是汽车行业重要的技术投资力量。乔恩·劳克纳(Jon Lauckner)是通用汽车前CEO,曾是雪佛兰公司的战略制定者,他目前领导着通用汽车风险投资公司,并且是Sakti3公司的董事会成员。Sakti3公司脱胎于美国密歇根大学工程学系。
2006年,萨斯特里和同事开始做一些复杂的数学优化方案,希望弄清楚,对于电动汽车的电池,在能量、电力、质量、容量、成本、安全性能等诸多重要因素中,哪些因素可以在一定程度上做一些让步。他们的计算结果表明,传统锂电池中的液体电解质,以及为了容纳电解质相关的包装都可以舍弃。原因很简单:与汽油不同,锂电池中的电解液会发生二级化学反应,从而使电池电力减弱,甚至使电池溶解或者起火。
此外,由于电解液的微妙性质,用在汽车上的锂电池通常需要包裹冷却管、电子控件等,这无疑提高了成本,额外增加了汽车重量。尽管不少公司也尝试过用固态物质作为电解质,但大都失败了,加拿大Avestor公司就是一个著名的例子,该公司已在2006年正式申请破产。此前,Avestor公司曾将固态锂电池出售给美国电话电报公司,安装在 U-Verse有线电视盒内,但在北美地区,不少电视盒因此发生了燃爆情况。
Avestor公司使用一种高分子聚合物分离器,代替了电池中的液体电解质。由于商业机密,Sakti3采用了何种电解质材料,我们无从得知,而电池正极的构成,仍然还是一个秘密。据萨斯特里说,正极材料并不是什么特殊材料,“是一种研究得很清楚的电化学物质”。我们只知道,和其他最具市场潜力的下一代锂电池的化学原理一样,Sakti3公司的固态锂电池也有金属锂离子正极或者负极。
多数电池生产商都采用层压法生产电池,而Sakti3公司使用的却是截然不同的真空沉积法。在层压法锂电池生产过程中,工厂就像是由印刷厂和面包店组成的混合工厂,工厂首先会将粉末状的化学物质倒入巨大的混合器中,调和成“浆”状物质。然后,工人们会把这些浆状物覆盖到金属薄片上,这些薄片会被制作成电极,最后与电解质和其他物质组合在一起。
而在真空沉积法中,则是按照顺序,一层一层地沉积而成——首先是阴极,接着是集电器、夹层、阳极……将整个操作过程都在真空环境下进行。萨斯特里说到,尽管在真空环境下操作成本也不算低,但是成本效益却不错。“首先,固态锂电池不需经过‘熟化’过程,一生产出来就可以使用,而现有技术生成的电池,这个过程需要30到60天才能投入使用。“此外,固态电池的的产量也很高”,萨斯特里说。
早期,就是因为受制于生产效率,固态电池发展缓慢。“我们刚开始做固态电池时,发现很多文献里都提到了这类电池,但在生产时,相关机构或人员都使用效率低下的生产平台,导致成本总是很高。我们使用了数字模拟技术,一开始就在寻找成本低廉的生产工具,”Sakti3公司正在使用的定制化原型生产线,就是其中一个例子。时间越久,Sakti3 公司就越能盈利。
太阳能电池板、平板显示器和其他的固态电子产品生产采用的一些技术,Sakti3也大量地加以利用和研究。“因为这些技术先进,节约成本,并且,与我们的需求也非常吻合,”萨斯特里说到,“我们将从中受益”。她说,这些因素保证了Sakti3公司最终能实现每千瓦时100美元的目标。当然,还要考虑很多其他的因素,比如电池的寿命是多长?电池在报废前,总共能充放电多少次?
萨斯特里说,新型电池的化学反应比传统锂电池简单,因此,它的寿命应该会更长。“我们也希望它有很长的生命周期”。那安全性能怎么样呢?“固态电池去除了电池中最具危险性的部分,”她继续说,“你可以将电池劈成两半,也可以让电池处于高温环境,但电池仍能继续工作。”密歇根大学工程学教授魏璐是少数知道这项工作详情的专家之一。尽管他和Sakti3公司没有直接联系,也没有经济利益牵涉,他对此仍然感到非常地震惊。
“他们拥有非常严密的测试仪器,测试结果也是高度精确,令人印象深刻,”他说。