By hoppt
Μπαταρίες στερεάς κατάστασης: η διαδρομή των μπαταριών επόμενης γενιάς
Στις 14 Μαΐου, σύμφωνα με τους "The Korea Times" και άλλα δημοσιεύματα μέσων ενημέρωσης, η Samsung σχεδιάζει να συνεργαστεί με τη Hyundai για την ανάπτυξη ηλεκτρικών οχημάτων και την παροχή μπαταριών και άλλων συνδεδεμένων ανταλλακτικών αυτοκινήτων για ηλεκτρικά οχήματα Hyundai. Τα μέσα ενημέρωσης προβλέπουν ότι η Samsung και η Hyundai θα υπογράψουν σύντομα ένα μη δεσμευτικό μνημόνιο κατανόησης για την προμήθεια μπαταριών. Αναφέρεται ότι η Samsung παρουσίασε την τελευταία της μπαταρία στερεάς κατάστασης στη Hyundai.
Σύμφωνα με τη Samsung, όταν η πρωτότυπη μπαταρία της είναι πλήρως φορτισμένη, μπορεί να επιτρέψει σε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο να οδηγεί περισσότερα από 800 χιλιόμετρα τη φορά, με διάρκεια ζωής της μπαταρίας πάνω από 1,000 φορές. Ο όγκος του είναι 50% μικρότερος από μια μπαταρία ιόντων λιθίου ίδιας χωρητικότητας. Για το λόγο αυτό, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης θεωρούνται οι καταλληλότερες μπαταρίες ισχύος για ηλεκτρικά οχήματα τα επόμενα δέκα χρόνια.
Στις αρχές Μαρτίου 2020, το Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών της Samsung (SAIT) και το Ερευνητικό Κέντρο Samsung της Ιαπωνίας (SRJ) δημοσίευσαν στο περιοδικό «Nature Energy» τις μπαταρίες μετάλλου λιθίου μακράς διάρκειας υψηλής ενέργειας σε στερεά κατάσταση, ενεργοποιημένες από το ασήμι. -Carbon Composite Anodes» παρουσίασαν την τελευταία τους εξέλιξη στον τομέα των μπαταριών στερεάς κατάστασης.
Αυτή η μπαταρία χρησιμοποιεί έναν στερεό ηλεκτρολύτη, ο οποίος δεν είναι εύφλεκτος σε υψηλές θερμοκρασίες και μπορεί επίσης να εμποδίσει την ανάπτυξη των δενδριτών του λιθίου για να αποφευχθούν βραχυκυκλώματα διάτρησης. Επιπλέον, χρησιμοποιεί ένα σύνθετο στρώμα αργύρου-άνθρακα (Ag-C) ως άνοδο, το οποίο μπορεί να αυξήσει την ενεργειακή πυκνότητα σε 900 Wh/L, έχει μεγάλη διάρκεια ζωής πάνω από 1000 κύκλους και πολύ υψηλή κουλομβική απόδοση (φόρτιση και απόδοση εκφόρτισης) 99.8%. Μπορεί να οδηγήσει την μπαταρία μετά από μία μόνο πληρωμή. Το αυτοκίνητο διένυσε 800 χιλιόμετρα.
Ωστόσο, το SAIT και η SRJ που δημοσίευσαν την εργασία είναι ιδρύματα επιστημονικής έρευνας και όχι η Samsung SDI, η οποία εστιάζει στην τεχνολογία. Το άρθρο διευκρινίζει μόνο την αρχή, τη δομή και την απόδοση της νέας μπαταρίας. Προκαταρκτικά κρίνεται ότι η μπαταρία βρίσκεται ακόμα σε εργαστηριακό στάδιο και θα είναι δύσκολο να παραχθεί μαζικά σε σύντομο χρονικό διάστημα.
Η διαφορά μεταξύ των μπαταριών στερεάς κατάστασης και των παραδοσιακών υγρών μπαταριών ιόντων λιθίου είναι ότι χρησιμοποιούνται στερεοί ηλεκτρολύτες αντί για ηλεκτρολύτες και διαχωριστές. Δεν είναι απαραίτητο να χρησιμοποιούνται άνοδοι γραφίτη με παρεμβολή λιθίου. Αντίθετα, ως άνοδος χρησιμοποιείται μεταλλικό λίθιο, το οποίο μειώνει τον αριθμό των υλικών ανόδου. Μπαταρίες ισχύος με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα σώματος (>350Wh/kg) και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής (>5000 κύκλοι), καθώς και ειδικές λειτουργίες (όπως ευελιξία) και άλλες απαιτήσεις.
Οι μπαταρίες του νέου συστήματος περιλαμβάνουν μπαταρίες στερεάς κατάστασης, μπαταρίες ροής λιθίου και μπαταρίες μετάλλου-αέρα. Οι τρεις μπαταρίες στερεάς κατάστασης έχουν τα πλεονεκτήματά τους. Οι ηλεκτρολύτες πολυμερών είναι οργανικοί ηλεκτρολύτες και τα οξείδια και τα σουλφίδια είναι ανόργανοι κεραμικοί ηλεκτρολύτες.
Κοιτάζοντας τις παγκόσμιες εταιρείες μπαταριών στερεάς κατάστασης, υπάρχουν νεοφυείς επιχειρήσεις και υπάρχουν επίσης διεθνείς κατασκευαστές. Οι εταιρείες είναι μόνες στο σύστημα ηλεκτρολυτών με διαφορετικές πεποιθήσεις και δεν υπάρχει τάση ροής ή ολοκλήρωσης τεχνολογίας. Προς το παρόν, ορισμένες τεχνικές διαδρομές πλησιάζουν τις συνθήκες εκβιομηχάνισης και ο δρόμος για την αυτοματοποίηση των μπαταριών στερεάς κατάστασης βρίσκεται σε εξέλιξη.
Οι ευρωπαϊκές και αμερικανικές εταιρείες προτιμούν συστήματα πολυμερών και οξειδίων. Η γαλλική εταιρεία Bolloré πρωτοστάτησε στην εμπορία μπαταριών στερεάς κατάστασης με βάση πολυμερή. Τον Δεκέμβριο του 2011, τα ηλεκτρικά της οχήματα που τροφοδοτούνταν από μπαταρίες πολυμερών στερεάς κατάστασης 30 kwh + ηλεκτρικούς πυκνωτές διπλής στρώσης εισήλθαν στην κοινόχρηστη αγορά αυτοκινήτων, κάτι που ήταν για πρώτη φορά στον κόσμο. Εμπορικές μπαταρίες στερεάς κατάστασης για EV.
Η Sakti3, ένας κατασκευαστής μπαταριών στερεάς κατάστασης οξειδίου λεπτής μεμβράνης, εξαγοράστηκε από τον βρετανικό γίγαντα οικιακών συσκευών Dyson το 2015. Υπόκειται στο κόστος προετοιμασίας λεπτής μεμβράνης και στη δυσκολία παραγωγής μεγάλης κλίμακας και δεν υπήρξε μαζική προϊόν παραγωγής για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Το σχέδιο της Maxwell για τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι να εισέλθει πρώτα στην αγορά των μικρών μπαταριών, να τις παράγει μαζικά το 2020 και να τις χρησιμοποιήσει στον τομέα της αποθήκευσης ενέργειας το 2022. Για λόγους ταχείας εμπορικής εφαρμογής, η Maxwell μπορεί πρώτα να εξετάσει το ενδεχόμενο να δοκιμάσει ημι- στερεές μπαταρίες βραχυπρόθεσμα. Ωστόσο, οι ημι-στερεές μπαταρίες είναι πιο ακριβές και χρησιμοποιούνται κυρίως σε συγκεκριμένα πεδία ζήτησης, δυσκολεύοντας τις εφαρμογές μεγάλης κλίμακας.
Τα προϊόντα οξειδίου χωρίς λεπτή μεμβράνη έχουν εξαιρετική συνολική απόδοση και είναι προς το παρόν δημοφιλή στην ανάπτυξη. Τόσο ο Taiwan Huineng όσο και ο Jiangsu Qingdao είναι γνωστοί παίκτες σε αυτό το κομμάτι.
Οι ιαπωνικές και κορεατικές εταιρείες είναι πιο αφοσιωμένες στην επίλυση των προβλημάτων εκβιομηχάνισης του συστήματος σουλφιδίου. Αντιπροσωπευτικές εταιρείες όπως η Toyota και η Samsung έχουν επιταχύνει την ανάπτυξή τους. Οι μπαταρίες θειούχου στερεάς κατάστασης (μπαταρίες λιθίου-θείου) έχουν κολοσσιαία δυνατότητα ανάπτυξης λόγω της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας και του χαμηλού κόστους τους. Μεταξύ αυτών, η τεχνολογία της Toyota είναι η πιο προηγμένη. Κυκλοφόρησε επίδειξη μπαταριών σε επίπεδο αμπέρ και ηλεκτροχημική απόδοση. Ταυτόχρονα, χρησιμοποίησαν επίσης LGPS με υψηλότερη αγωγιμότητα θερμοκρασίας δωματίου ως ηλεκτρολύτη για την προετοιμασία μιας μεγαλύτερης μπαταρίας.
Η Ιαπωνία έχει ξεκινήσει ένα εθνικό πρόγραμμα έρευνας και ανάπτυξης. Η πιο πολλά υποσχόμενη συμμαχία είναι η Toyota και η Panasonic (η Toyota έχει σχεδόν 300 μηχανικούς που ασχολούνται με την ανάπτυξη μπαταριών στερεάς κατάστασης). Είπε ότι θα εμπορευματοποιήσει μπαταρίες στερεάς κατάστασης εντός πέντε ετών.
Το σχέδιο εμπορευματοποίησης των μπαταριών εντελώς στερεάς κατάστασης που αναπτύχθηκε από την Toyota και τη NEDO ξεκινά με την ανάπτυξη μπαταριών πλήρως στερεάς κατάστασης (μπαταρίες πρώτης γενιάς) χρησιμοποιώντας υπάρχοντα αισιόδοξα και επιβλαβή υλικά LIB. Μετά από αυτό, θα χρησιμοποιήσει νέα θετικά και αρνητικά υλικά για να αυξήσει την ενεργειακή πυκνότητα (μπαταρίες επόμενης γενιάς). Η Toyota αναμένεται να παράγει πρωτότυπα ηλεκτρικών οχημάτων στερεάς κατάστασης το 2022 και θα χρησιμοποιεί μπαταρίες στερεάς κατάστασης σε ορισμένα μοντέλα το 2025. Το 2030, η ενεργειακή πυκνότητα μπορεί να φτάσει τις 500 Wh/kg για να επιτύχει εφαρμογές μαζικής παραγωγής.
Από την σκοπιά των διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, μεταξύ των 20 κορυφαίων αιτούντων διπλώματα ευρεσιτεχνίας για μπαταρίες λιθίου στερεάς κατάστασης, οι ιαπωνικές εταιρείες αντιπροσώπευαν 11. Η Toyota υπέβαλε τις περισσότερες αιτήσεις, φτάνοντας τις 1,709, 2.2 φορές περισσότερο από αυτή της δεύτερης Panasonic. Οι 10 κορυφαίες εταιρείες είναι όλες Ιαπωνικές και Νοτιοκορεάτικες, συμπεριλαμβανομένων 8 στην Ιαπωνία και 2 στη Νότια Κορέα.
Από τη σκοπιά της παγκόσμιας διάταξης διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας των κατόχων διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, η Ιαπωνία, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Κίνα, η Νότια Κορέα και η Ευρώπη είναι οι βασικές χώρες ή περιοχές. Εκτός από τις τοπικές αιτήσεις, η Toyota έχει τον σημαντικότερο αριθμό αιτήσεων στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Κίνα, αντιπροσωπεύοντας το 14.7% και το 12.9% των συνολικών αιτήσεων για διπλώματα ευρεσιτεχνίας, αντίστοιχα.
Η εκβιομηχάνιση των μπαταριών στερεάς κατάστασης στη χώρα μου βρίσκεται επίσης υπό συνεχή διερεύνηση. Σύμφωνα με το σχέδιο τεχνικής διαδρομής της Κίνας, το 2020, θα υλοποιήσει σταδιακά στερεό ηλεκτρολύτη, σύνθεση υλικού καθόδου υψηλής ενέργειας και τεχνολογία κατασκευής κράματος λιθίου τρισδιάστατης δομής πλαισίου. Θα αναγνωρίσει την κατασκευή δειγμάτων μιας μπαταρίας μικρής χωρητικότητας 300 Wh/kg. Το 2025, η τεχνολογία ελέγχου διασύνδεσης μπαταρίας στερεάς κατάστασης θα πραγματοποιήσει 400 Wh/kg μεγάλης χωρητικότητας δειγμάτων και ομαδικής τεχνολογίας μπαταρίας. Αναμένεται ότι οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης και οι μπαταρίες λιθίου-θείου μπορούν να παραχθούν μαζικά και να προωθηθούν το 2030.
Οι μπαταρίες επόμενης γενιάς στο έργο συγκέντρωσης κεφαλαίων IPO της CATL περιλαμβάνουν μπαταρίες στερεάς κατάστασης. Σύμφωνα με αναφορές των NE Times, η CATL αναμένει να επιτύχει μαζική παραγωγή μπαταριών στερεάς κατάστασης τουλάχιστον έως το 2025.
Συνολικά, η τεχνολογία του πολυμερούς συστήματος είναι η πιο ώριμη και γεννιέται το πρώτο προϊόν σε επίπεδο EV. Η εννοιολογική και μακροπρόθεσμη φύση του έχει πυροδοτήσει την επιτάχυνση των επενδύσεων στην έρευνα και την ανάπτυξη από τους καθυστερημένους, αλλά το ανώτατο όριο απόδοσης περιορίζει την ανάπτυξη και η σύνθεση με ανόργανους στερεούς ηλεκτρολύτες θα είναι μια πιθανή λύση στο μέλλον. οξείδωση; Στο σύστημα υλικών, η ανάπτυξη τύπων λεπτής μεμβράνης επικεντρώνεται στην επέκταση της χωρητικότητας και στην παραγωγή μεγάλης κλίμακας και η συνολική απόδοση των τύπων μη φιλμ είναι καλύτερη, κάτι που αποτελεί το επίκεντρο της τρέχουσας έρευνας και ανάπτυξης. Το σύστημα σουλφιδίου είναι το πιο πολλά υποσχόμενο σύστημα μπαταριών στερεάς κατάστασης στον τομέα των ηλεκτρικών οχημάτων, αλλά σε μια πολωμένη κατάσταση με τεράστιο περιθώριο ανάπτυξης και ανώριμη τεχνολογία, η επίλυση ζητημάτων ασφάλειας και ζητημάτων διεπαφής είναι το επίκεντρο του μέλλοντος.
Οι προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης περιλαμβάνουν κυρίως:
Οι μπαταρίες λιθίου-θείου, λιθίου-αέρα και άλλα συστήματα πρέπει να αντικαταστήσουν ολόκληρο το πλαίσιο της δομής της μπαταρίας και υπάρχουν όλο και πιο σημαντικά προβλήματα. Τα θετικά και αρνητικά ηλεκτρόδια των μπαταριών στερεάς κατάστασης μπορούν να συνεχίσουν να χρησιμοποιούν το τρέχον σύστημα και η δυσκολία υλοποίησης είναι σχετικά μικρή. Ως τεχνολογία μπαταριών επόμενης γενιάς, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης έχουν υψηλότερη ασφάλεια και ενεργειακή πυκνότητα και θα γίνουν ο μόνος τρόπος στη μετα-λιθίου εποχή.
Προηγούμενο: Μπαταρία λιθίου 18650 και μπαταρία πολυμερούς
απαντήστε εντός 6 ωρών, οποιεσδήποτε ερωτήσεις είναι ευπρόσδεκτες!
