2024年3月17日，中国电动汽车百人会之动力电池分论坛上，中国科学院院士孙世刚发表了“电动交通固态电池的挑战和发展”的主题演讲。围绕着固态电池当下面临的一些困境和解决办法进行分享。
中国科学院院士 孙世刚
下文为其演讲转化，存在部分删减与优化，供读者参考。
中国原油结构是“煤多油少气少”，2019年开始燃油对外依存度超过70%，2023年总共消费了7.66亿吨，产量2亿吨左右，外购5.64亿吨，对外依存度超过73%。对外依存度超过70%就是安全事件。
这是我们要发展新能源汽车的一个重要的驱动力。新能源汽车不仅减少对原油的依赖，同时也减少二氧化碳排放，同时可以促进可再生能源开发。
可再生能源是间歇式发电，储存和转化才能变为连续性资料。一方面，把这些电转化成燃料，比如把水变成电跟绿氢，把二氧化碳转化成燃料，把氮变成氨，通过燃料电池驱动汽车，储存起来作为动力电池来驱动汽车。
我们国家发展的新能源车，卡车、巴士、运营车用燃料电池，因为它的续航里程长、能量密度大，动力电池用于小车。
新能源汽车近五年呈指数性增长，2023年保有量2041万辆，汽车总量是3.36亿辆，只占6%，2030年到2035年规划大于50%的总销量，意味着要到8千万到1亿辆电动车销量，空间很大，增长速度还会非常快。
燃料电池车对新能源来说是非常重要的一环，2023年保有量18740辆，目前是全球商用车最多的国家。按照2025年10万辆，2030-2035年100万辆的规划，以及燃料电池车近几年指数增长趋势，这个板块不能忽视。
另外一个驱动力，一些国家都提出了停售燃油车时间表，最近有些国家说要推迟，但是还没有出台，但并不是说会停止，这个驱动力对于发展电动车也是一个最大的受益。欧盟说可以通过禁售非零排放，用绿电来合成这些燃料，也推动了零排放，是为了达到碳中和的目的。碳中和是全世界达成的一个协议，大家都要努力去发展，特别是我们国家的任务非常紧。
电动交通还包括飞机和船舶。三峡氢舟1号已经在长江三峡运营，利用三峡大坝晚上的电制氢来用。燃料电池的飞机同样也是有些大的发展。现在低空域飞机，燃料电池的驱动非常重要。
航空对动力电池的要求更多，动力电池的能量密度要求更大。
总的来说，电池的发展，无论是哪类电池，面临的是提高它的能量密度、功率密度、安全性、极端环境适应、低成本，是全方位的。我们国家和发达国家都制定了一些国家级发展战略。
在固态电池方面，我们国家制定了一系列规划。日本、韩国、英国、欧盟、美国等其它国家，都有一些国家级计划来推动电池的发展。美国《锂电池蓝图计划》，重点还是要发展电动汽车、先进电池和网联汽车，其中大部分资金用于固态锂金属电池和快充技术研究。
从科学技术层面来看。液态电解质存在一些问题，比如说电解液容易泄露、燃烧，还有一些界面副反应，电化学窗口窄，正极活性物质的穿梭效应。当换成固态电解质，不易燃、无液体泄露风险；电化学窗口宽，能量密度提升，电池的能量密度和电压是成正比的；宽温域。
不管是哪一类的电池，我们的固态电池是把电解液换成固态电解质而已，但是储能仍然是储能在材料方面，能量是在正极、负极的反应里面。从反应机理来看，能量密度跟反应电子数、电位、质量相关，我们就需要选择合适的元素，同时需要大的元素来做，这是一个原则。电池能量密度的高低最重要的还是正极材料。从这个角度来看，我们要做高能量密度的固态电池，我们要选择低电压负极+高容量、高电压的正极。不管是现在的锂离子电池，到后面的锂硫电池到锂空气电池都是这个原则在往前面走，每往前走一步都有着很多挑战。
高能量固态电池，锂金属目前是电位数最低、能量密度最高，它的一个问题是锂枝晶的生长。到了固态电解质以后，面临一系列问题：
1.固态锂离子传输比较慢，同样会产生锂枝晶，只要里面有电子流过来都会生长锂枝晶，还不是完全阻挡锂枝晶的一个办法。
2.固固界面兼容性差、离子传输阻力大，导致电池动力性能差。高比容量的电极，在高压下也是不稳定的，像三元、高镍、富锂，高电压都会导致电极材料的衰减。这些问题不解决，发展高能量密度的固态电池就会面临新的挑战。
我们的研究，首先是锂金属负极本身要解决这些问题，有很多办法，比如人工智能、人工SEI膜、表面修饰、三维结构锂金属负极等等。还是说通过添加剂的方式，因为锂枝晶生长是一个成核增长过程，我们如果能够通过间接的方式，控制成核增长方式，这样我们可以完全抑制锂枝晶的生长。但比较困难，因为首先要知道锂枝晶的生长规律。
还有一种方法，怎么来通过添加剂的方式解决锂枝晶的问题呢？比如双功能塑化剂。电解质加上PEO-聚环氧乙烷，加上LAGP-磷酸锗铝锂、丁二腈的方式调控锂枝晶的生长，这是它的原理。通过它，我们可以形成一个稳定的锂的生长过程，有效提高它的循环寿命。
第二个问题，固固界面问题，这个很重要，怎么形成一个稳定的界面呢？现在一个办法是找一个液体，叫“半固态电解质”，目的是解决间隙问题。我们的考虑很重要的是如果能够形成一个固固相融的界面，就很好解决这个问题。
针对固态电池现有的一些缺陷，怎么来提高它的性能？固态电池最大的一个挑战是离子电导率低，与固态电池电极材料的界面相容性差、稳定性也比较差。
