固態鋰金屬電池長期以來一直被譽為能源儲存領域潛在的遊戲規則改變者，特別是在電動車和其他應用領域。
該技術預計在 2026 年至 2028 年間實現商業化，帶來更大的自主權、更快的充電時間和更高的安全性等改進。
然而，最近的研究表明，這些電池的性能可能無法達到最初的預期，這讓人懷疑它們作為傳統鋰離子電池的優越替代品的可行性。
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一項評估固態石榴石型電解質，特別是鋰鑭鋯氧化物（LLZO）的研究表明，固態鋰金屬電池的預期能量密度優勢可能被高估了。
根據結果，使用LLZO的全固態鋰金屬電池將實現約272 Wh/kg的重量能量密度。
該數字僅略高於目前鋰離子電池提供的 250-270 Wh/kg 。
豐田固態電池
鑑於加工 LLZO 所固有的高生產成本和重大製造挑戰，該研究假設複合或準固體電解質可能會成為更實用的選擇。
該研究的主要作者、東北大學 WPI-AIMR 研究員 Eric劍峰說：“全固態鋰金屬電池被認為是能源存儲的未來，但我們的研究表明，基於 LLZO 的設計可能無法實現預期的能量密度跳躍。即使在理想條件下，收益也有限，製造成本和挑戰也很大。”
固態鋰金屬電池之所以受到關注，主要是因為提高了安全性和能源性能。
然而，對基於 LLZO 的實用軟包電池的仔細檢查表明，對能量密度增加的預期可能會產生誤導。
即使採用超薄 25 μm LLZO 陶瓷隔膜和高容量陰極，性能也僅比最好的傳統鋰離子電池稍好。
固態電池模型（來自東北大學）
固態鋰電池
該研究強調的一個重要面向是 LLZO 的密度。
雖然它的體積能量密度約為 823 Wh/L，令人印象深刻，但這一特性也有助於增加電池的整體質量，從而削弱了預期的能源效益。
此外，LLZO 的限制不止於此。它的脆性使無缺陷薄片的製造變得複雜，而界面處潛在的鋰枝晶和空隙給大規模製造帶來了額外的挑戰。
Cheng指出，“從穩定性角度來看，LLZO是一種優秀的材料，但其機械限制和重量損失給商業化帶來了嚴重障礙。”
根據這些發現，研究人員正在研究將 LLZO 與其他材料結合的混合方法。
最有前景的策略之一是開發LLZO 聚合物複合電解質。
這種方法旨在保持高離子電導率，同時提高靈活性和可製造性。
另一個新興概念是準固體 LLZO電解質，它將少量液體電解質與固體成分混合，以改善離子傳輸和結構完整性。
早期結果表明，這些混合設計比全陶瓷設計提供更好的長期穩定性。
「我們需要重新考慮我們的方法，而不是專注於全陶瓷固態電池，」程評論道。
“通過將 LLZO 與聚合物或凝膠基電解質相結合，我們可以提高可製造性、減輕重量，同時仍保持高性能。”
這項研究最近發表在《儲能材料》雜誌上，是東北大學、上海交通大學、麻省理工學院、威斯康辛大學麥迪遜分校、約翰霍普金斯大學和聖安德魯斯大學的研究人員合作的結果。
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文章《 固態電池不是解決方案：它們的產量比我在經濟情境中訂購的量多一點點》。
這是在 Fri, 21 Mar 2025 19:32:16 +0000 在 https://scenarieconomici.it/le-batterie-allo-stato-solido-non-sono-una-soluzione-rendono-poco-piu-delle-ordinarei/ 的報紙 “Scenari Economici” 上發表的文章的翻譯。