特斯拉與物理學家合作申請最新鋰離子電池專利,加快「百萬英里電池」達標速度

發佈日期: 2020 年 01 月 07 日 12:16 | 作者: | 分類: 產業資訊

為了展開全新一年的重大發展,特斯拉(Tesla)與加拿大達爾豪斯大學(Dalhousie University)物理學家合作,於 12 月 26 日申請一項新鋰離子電池技術的專利。這項專利設計聲稱,其性能將遠遠超過目前廣泛應用於電動汽車與其他能源儲存應用領域的鋰離子電池。這項新的改進技術可能與特斯拉執行長馬斯克(Elon Musk) 在 2019 年 4 月所發表的一項聲明有關,他承諾在 2020 年以後為特斯拉汽車提供「百萬英里電池組」。 

100 萬英里電池對馬斯克的自駕計程車 Robotaxi 車隊與長途卡車計畫是不可或缺的,畢竟特斯拉乘用車上現有鋰離子電池的續航里程和使用壽命都無法滿足這兩項計畫的需求。

特斯拉電池效能最佳的車型,其單次充電的最大續航里程為 370 英里,僅略低於馬里蘭州巴爾的摩和麻薩諸塞州波士頓之間的距離,而使用壽命則可達 30 萬到 50 萬英里。有鑑於美國汽車的平均使用壽命是 15 萬英里,也就是大約 11 年(透過 AAA 年平均行駛里程 13,500 英里來計算),所以這個數字令人印象深刻。

但儘管目前的鋰離子電池組對一般的電動車車主來說可能已經足夠了(他們平均每天估計使用電池電量的四分之一),但對於長途貨運或持續行駛的計程車服務來說,這樣的使用壽命是不夠的。舉例來說,卡車司機平均每週行駛 2,000 至 3,000 英里,每年總共行駛 100,000 至 150,000 英里。

當前電池無法滿足長途與持續性駕駛需求,開發超級電池成為當務之急

電池的壽命是用放電週期來衡量的(100% 充滿電的電池相當於一個完整的週期)。特斯拉 Model S 車款搭載 100 瓩時(kWH)電池容量的典型鋰離子電池,僅能提供 1,000 到 2,000 次的放電週期,所以目前的電池技術對於長途商務司機來說既不切實際,也不符合經濟效益。

這就是「以 Dioxazolones 和 Nitrile Sulfites 做為鋰離子電池的電解液添加劑」之特斯拉新專利的可用武之地。這種新的電池化學物質似乎是建立在 9 月份的一項電池專利的基礎上,聲稱可以提高效率、能量密度和使用壽命,而且與目前的鋰離子電池相比,成本更低。這是現有鋰鎳鈷錳三元鋰離子(Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide,NMC)電池化學成份的升級,特斯拉在其固定能源儲存系統中就使用這種化學成份,但沒用使用在其車隊中(其使用的是鋰鎳鈷鋁氧化物,或稱 NCA 型電池)。

新電池的陰極晶體結構和化學成分意味著它更能抵抗由周期性行駛所帶來之不可避免的損害。

如果這項專利的確是為了兌現百萬英里電池的承諾,我們可以期待它在經歷 1,000 次的放電循環周期之後仍保有 95% 的使用壽命,典型鋰離子的使用壽命則僅存最後的四分之一,再經 4,000 次的循環放電後,新電池的容量仍保有驚人的 90%。

雖然我們還不能確定這項專利技術是否與明年投產的「百萬英里」電池相同,但有一點是明確的:特斯拉的超級電池即將問世,它將對電動汽車產生重大影響。不僅僅是電動汽車,能源儲存系統也將從 4 倍大的循環電力中獲益。這將使儲能成本更低、效率更高,進一步加快轉型到電力和可再生能源的速度。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:Automobile Italia via Flickr CC BY 2.0)

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