By hoppt
Твердотільні батареї: шлях до батарей наступного покоління
14 травня, згідно з «The Korea Times» та іншими повідомленнями ЗМІ, Samsung планує співпрацювати з Hyundai для розробки електромобілів і забезпечення батареями та іншими підключеними автомобільними деталями для електромобілів Hyundai. ЗМІ прогнозують, що незабаром Samsung і Hyundai підпишуть необов’язковий меморандум про взаєморозуміння щодо поставок акумуляторів. Повідомляється, що Samsung представила Hyundai свій останній твердотільний акумулятор.
За словами Samsung, коли його прототип акумулятора повністю заряджений, він може дозволити електромобілю проїхати більше 800 кілометрів за раз, при цьому термін служби батареї перевищує 1,000 разів. Його обсяг на 50% менший за літій-іонний акумулятор такої ж ємності. З цієї причини твердотільні акумулятори вважаються найбільш підходящими акумуляторами для електромобілів у найближчі десять років.
На початку березня 2020 року Інститут перспективних досліджень Samsung (SAIT) і дослідницький центр Samsung (SRJ) опублікували в журналі «Nature Energy» «Високоенергетичні довготривалі літієві металеві батареї з використанням срібла». -Вуглецеві композитні аноди» представили свою останню розробку в області твердотільних батарей.
У цій батареї використовується твердий електроліт, який не горить при високих температурах, а також може пригнічувати ріст літієвих дендритів, щоб уникнути короткого замикання. Крім того, він використовує срібло-вуглецевий (Ag-C) композитний шар в якості анода, який може збільшити щільність енергії до 900 Вт·год/л, має тривалий термін служби більше ніж 1000 циклів і дуже високу кулонівську ефективність (заряд та ефективність розряду) 99.8%. Він може керувати акумулятором після одноразової оплати. Автомобіль проїхав 800 кілометрів.
Однак SAIT і SRJ, які опублікували документ, є науково-дослідницькими установами, а не Samsung SDI, яка зосереджена на технологіях. Стаття лише пояснює принцип роботи, структуру та продуктивність нового акумулятора. Попередньо оцінюється, що батарея все ще знаходиться в лабораторній стадії, і її буде важко масово виробляти за короткий період.
Відмінність твердотільних батарей від традиційних рідких літій-іонних батарей полягає в тому, що замість електролітів і сепараторів використовуються тверді електроліти. Немає необхідності використовувати літій-інтеркаловані графітові аноди. Замість цього в якості анода використовується металевий літій, що зменшує кількість анодних матеріалів. Акумулятори живлення з більшою щільністю енергії тіла (>350 Вт·год/кг) і більш тривалим терміном служби (>5000 циклів), а також спеціальними функціями (наприклад, гнучкість) та іншими вимогами.
Нові системні батареї включають твердотільні батареї, літієві батареї та металево-повітряні батареї. Три твердотільні батареї мають свої переваги. Полімерні електроліти — це органічні електроліти, а оксиди та сульфіди — неорганічні керамічні електроліти.
Якщо подивитися на світові компанії з виробництва твердотільних акумуляторів, то є стартапи, а є також міжнародні виробники. Компанії одні в електролітній системі з різними переконаннями, і немає тенденції потоку технологій чи інтеграції. Наразі деякі технічні маршрути наближені до умов індустріалізації, ведеться шлях до автоматизації твердотільних батарей.
Європейські та американські компанії віддають перевагу полімерним і оксидним системам. Французька компанія Bolloré стала лідером у комерціалізації твердотільних батарей на основі полімерів. У грудні 2011 року його електромобілі, які живляться від твердотільних полімерних акумуляторів 30 кВт*год + електричні двошарові конденсатори, вийшли на загальний автомобільний ринок, що сталося вперше у світі. Комерційні твердотільні акумулятори для електромобілів.
Sakti3, виробник тонкоплівкових оксидних твердотільних батарей, був придбаний британським гігантом побутової техніки Dyson у 2015 році. Він залежить від вартості підготовки тонкої плівки та складності великомасштабного виробництва, а масового виробництва не було. виробництво продукту протягом тривалого часу.
План Максвелла щодо твердотільних батарей полягає в тому, щоб спочатку вийти на ринок малих акумуляторів, запустити їх масове виробництво в 2020 році і використовувати їх у сфері зберігання енергії в 2022 році. Заради швидкого комерційного застосування Максвелл може спочатку розглянути можливість спробувати напів- міцні батареї за короткий термін. Тим не менш, напівтверді батареї є дорожчими і в основному використовуються в певних сферах попиту, що ускладнює масштабне застосування.
Нетонкоплівкові оксидні вироби мають чудові загальні характеристики і в даний час популярні в розробці. І Тайвань Хуйнень, і Цзянсу Циндао є відомими гравцями на цьому шляху.
Японські та корейські компанії більше прихильні до вирішення проблем індустріалізації сульфідної системи. Представницькі компанії, такі як Toyota і Samsung, прискорили своє розгортання. Сульфідні твердотільні батареї (літій-сірчані батареї) мають колосальний потенціал розвитку завдяки своїй високій щільності енергії та невисокій вартості. Серед них технологія Toyota є найдосконалішою. Він випустив демонстраційні батареї рівня ампер і електрохімічні характеристики. У той же час вони також використовували LGPS з вищою провідністю кімнатної температури як електроліт для приготування більшого акумулятора.
Японія запустила загальнонаціональну програму досліджень і розробок. Найперспективнішим альянсом є Toyota і Panasonic (Toyota має майже 300 інженерів, які займаються розробкою твердотільних акумуляторів). У ньому заявили, що будуть комерціалізувати твердотільні батареї протягом п’яти років.
План комерціалізації повністю твердотільних акумуляторів, розроблений Toyota і NEDO, починається з розробки повністю твердотільних акумуляторів (батарей першого покоління) з використанням існуючих оптимістичних і шкідливих матеріалів LIB. Після цього він буде використовувати нові позитивні та негативні матеріали для збільшення щільності енергії (батареї наступного покоління). Очікується, що Toyota випустить прототипи твердотільних електромобілів у 2022 році, а в деяких моделях вона буде використовувати твердотільні батареї в 2025 році. У 2030 році щільність енергії може досягти 500 Вт·год/кг для досягнення масового виробництва.
З точки зору патентів, серед 20 найбільших заявників на твердотільні літієві батареї японські компанії займають 11. Найбільше подала заявки Toyota, досягнувши 1,709, що в 2.2 рази більше, ніж у другого Panasonic. Усі 10 найбільших компаній — японські та південнокорейські, у тому числі 8 — у Японії та 2 — у Південній Кореї.
З точки зору глобальної структури патентів власників патентів, Японія, США, Китай, Південна Корея та Європа є ключовими країнами чи регіонами. На додаток до місцевих заявок, Toyota має найбільшу кількість заявок у Сполучених Штатах і Китаї, на які припадає 14.7% і 12.9% від загальної кількості заявок на патент відповідно.
Індустріалізація твердотільних батарей у моїй країні також постійно досліджується. Відповідно до плану технічного маршруту Китаю, у 2020 році він поступово реалізує технологію будівництва твердого електроліту, високої питомої енергії катодного матеріалу та тривимірної каркасної конструкції з літієвого сплаву. Він розпізнає виробництво зразків однієї батареї малої ємності 300 Вт·год/кг. У 2025 році технологія керування інтерфейсом твердотільного акумулятора дозволить реалізувати технологію окремого зразка та групи великої ємності 400 Вт·год/кг. Очікується, що твердотільні батареї та літій-сірчані батареї можна буде масово виробляти та просувати у 2030 році.
Акумулятори наступного покоління в проекті збору коштів IPO CATL включають твердотільні батареї. Згідно з повідомленнями NE Times, CATL розраховує досягти масового виробництва твердотільних батарей принаймні до 2025 року.
Загалом технологія полімерної системи є найзрілішою, і народжується перший продукт рівня EV. Його концептуальний і перспективний характер викликав прискорення інвестицій у дослідження та розробки з боку тих, хто запізнився, але верхня межа продуктивності обмежує зростання, і в майбутньому можливим рішенням буде змішування з неорганічними твердими електролітами; окислення; У системі матеріалів розвиток тонкоплівкових типів зосереджено на розширенні потужності та великомасштабному виробництві, а загальна продуктивність неплівкових типів є кращою, що є предметом поточних досліджень і розробок; Сульфідна система є найперспективнішою системою твердотільних акумуляторів у сфері електромобілів, але в поляризованій ситуації з величезним простором для зростання та незрілими технологіями вирішення проблем безпеки та проблем інтерфейсу є центром майбутнього.
Проблеми, з якими стикаються твердотільні батареї, в основному включають:
Літій-сірчані батареї, літій-повітряні та інші системи потребують заміни всього каркаса конструкції батареї, і з’являється все більше значних проблем. Позитивні та негативні електроди твердотільних батарей можуть продовжувати використовувати поточну систему, і складність реалізації відносно невелика. Як акумуляторна технологія наступного покоління, твердотільні батареї мають вищу безпеку та щільність енергії і стануть єдиним способом у постлітієву еру.
відповідь протягом 6 годин, будь-які запитання вітаються!
