Bateriile cu stare solidă: calea bateriei de următoarea generație

Bateriile cu stare solidă: calea bateriei de următoarea generație

Pe 14 mai, potrivit „The Korea Times” și alte rapoarte din presă, Samsung intenționează să coopereze cu Hyundai pentru a dezvolta vehicule electrice și a furniza baterii de putere și alte piese auto conectate pentru vehiculele electrice Hyundai. Mass-media prezice că Samsung și Hyundai vor semna în curând un memorandum de înțelegere neobligatoriu privind alimentarea cu baterii. Este raportat că Samsung a prezentat cea mai recentă baterie cu stare solidă pentru Hyundai.

Potrivit Samsung, atunci când bateria sa prototip este complet încărcată, poate permite unei mașini electrice să conducă mai mult de 800 de kilometri la un moment dat, cu o durată de viață a bateriei de peste 1,000 de ori. Volumul său este cu 50% mai mic decât o baterie litiu-ion de aceeași capacitate. Din acest motiv, bateriile cu stare solidă sunt considerate a fi cele mai potrivite baterii de putere pentru vehiculele electrice în următorii zece ani.

La începutul lunii martie 2020, Institutul Samsung pentru Studii Avansate (SAIT) și Centrul de Cercetare Samsung din Japonia (SRJ) au publicat „High-energy long-cycling all-solid-state metal lithium metal batterys enabled by silver” în revista „Nature Energy”. -Carbon composite anodes” și-au prezentat cea mai recentă dezvoltare în domeniul bateriilor cu stare solidă.

Această baterie folosește un electrolit solid, care nu este inflamabil la temperaturi ridicate și, de asemenea, poate inhiba creșterea dendritelor de litiu pentru a evita scurtcircuitele prin perforare. În plus, folosește ca anod un strat compozit argint-carbon (Ag-C), care poate crește densitatea energiei la 900Wh/L, are o durată de viață lungă de peste 1000 de cicluri și o eficiență coulombică foarte mare (încărcare). și eficiența de descărcare) de 99.8%. Poate conduce bateria după o singură plată. Mașina a parcurs 800 de kilometri.

Cu toate acestea, SAIT și SRJ care au publicat lucrarea sunt instituții de cercetare științifică, mai degrabă decât Samsung SDI, care se concentrează pe tehnologie. Articolul clarifică doar principiul, structura și performanța noii baterii. Se consideră preliminar că bateria este încă în stadiu de laborator și va fi dificil de produs în masă într-o perioadă scurtă.

Diferența dintre bateriile cu stare solidă și bateriile tradiționale lichide litiu-ion este că electroliții solizi sunt utilizați în loc de electroliți și separatori. Nu este necesar să folosiți anozi de grafit intercalați cu litiu. În schimb, litiul metalic este folosit ca anod, ceea ce reduce numărul de materiale anozice. Alimentați bateriile cu o densitate de energie corporală mai mare (>350Wh/kg) și o viață mai lungă (>5000 de cicluri), precum și cu funcții speciale (cum ar fi flexibilitatea) și alte cerințe.

Noul sistem de baterii includ baterii cu stare solidă, baterii cu flux de litiu și baterii metal-aer. Cele trei baterii cu stare solidă au avantajele lor. Electroliții polimeri sunt electroliți organici, iar oxizii și sulfurile sunt electroliți ceramici anorganici.

Privind la companiile globale de baterii cu stare solidă, există start-up-uri și există și producători internaționali. Companiile sunt singure în sistemul de electroliți cu convingeri diferite și nu există nicio tendință de flux sau integrare a tehnologiei. În prezent, unele trasee tehnice sunt apropiate de condițiile de industrializare, iar drumul către automatizarea bateriilor cu stare solidă a fost în derulare.

Companiile europene și americane preferă sistemele de polimeri și oxizi. Compania franceză Bolloré a preluat conducerea în comercializarea bateriilor cu stare solidă pe bază de polimeri. În decembrie 2011, vehiculele sale electrice alimentate cu baterii polimerice cu stare solidă de 30kwh + condensatoare electrice cu două straturi au intrat pe piața auto partajată, care a fost pentru prima dată în lume. Baterii comerciale cu stare solidă pentru vehicule electrice.

Sakti3, un producător de baterii cu stare solidă cu oxid cu peliculă subțire, a fost achiziționat de gigantul britanic de electrocasnice Dyson în 2015. Este supus costului pregătirii peliculei subțiri și dificultății producției pe scară largă și nu a existat nicio masă. produs de producție pentru o lungă perioadă de timp.

Planul lui Maxwell pentru bateriile cu stare solidă este să intre mai întâi pe piața bateriilor mici, să le producă în masă în 2020 și să le folosească în domeniul stocării de energie în 2022. De dragul unei aplicări comerciale rapide, Maxwell ar putea lua în considerare mai întâi să încerce semi- baterii solide pe termen scurt. Cu toate acestea, bateriile semi-solide sunt mai scumpe și sunt utilizate în principal în anumite domenii de cerere, ceea ce face dificile aplicațiile pe scară largă.

Produsele de oxid fără peliculă subțire au performanțe generale excelente și sunt în prezent populare în dezvoltare. Atât Taiwan Huineng, cât și Jiangsu Qingdao sunt jucători cunoscuți pe această pistă.

Companiile japoneze și coreene sunt mai angajate să rezolve problemele de industrializare ale sistemului de sulfuri. Companii reprezentative precum Toyota și Samsung și-au accelerat implementarea. Bateriile cu stare solidă cu sulfură (baterii cu litiu-sulf) au un potențial colosal de dezvoltare datorită densității lor mari de energie și a costului redus. Dintre acestea, tehnologia Toyota este cea mai avansată. A lansat baterii Demo la nivel de amperi și performanță electrochimică. În același timp, au folosit și LGPS cu conductivitate mai mare la temperatura camerei ca electrolit pentru a pregăti un acumulator mai mare.

Japonia a lansat un program de cercetare și dezvoltare la nivel național. Cea mai promițătoare alianță este Toyota și Panasonic (Toyota are aproape 300 de ingineri implicați în dezvoltarea bateriilor cu stare solidă). A spus că va comercializa bateriile cu stare solidă în termen de cinci ani.

Planul de comercializare a bateriilor cu stare solidă dezvoltat de Toyota și NEDO începe cu dezvoltarea bateriilor cu stare solidă (baterii de prima generație) folosind materiale LIB optimiste și dăunătoare existente. După aceea, va folosi noi materiale pozitive și negative pentru a crește densitatea energiei (baterii de următoarea generație). Se așteaptă ca Toyota să producă prototipuri de vehicule electrice cu stare solidă în 2022 și va folosi baterii cu stare solidă în unele modele în 2025. În 2030, densitatea de energie poate ajunge la 500Wh/kg pentru a realiza aplicații de producție în masă.

Din perspectiva brevetelor, printre primii 20 de solicitanți de brevete pentru bateriile cu litiu cu stare solidă, companiile japoneze au reprezentat 11. Toyota au aplicat cel mai mult, ajungând la 1,709, de 2.2 ori față de cel de-al doilea Panasonic. Primele 10 companii sunt toate japoneze și sud-coreene, inclusiv 8 în Japonia și 2 în Coreea de Sud.

Din perspectiva aspectului de brevet global al titularilor de brevete, Japonia, Statele Unite ale Americii, China, Coreea de Sud și Europa sunt țările sau regiunile cheie. Pe lângă aplicațiile locale, Toyota are cel mai semnificativ număr de cereri în Statele Unite și China, reprezentând 14.7% și, respectiv, 12.9% din totalul cererilor de brevet.

Industrializarea bateriilor cu stare solidă în țara mea este, de asemenea, în continuă explorare. Conform planului de traseu tehnic al Chinei, în 2020, va realiza treptat electrolit solid, sinteza materialului catodic cu energie specifică ridicată și tehnologie de construcție a structurii cadru tridimensionale din aliaj de litiu. Va recunoaște producția de eșantion de baterie de capacitate mică de 300Wh/kg. În 2025, tehnologia de control al interfeței bateriei cu stare solidă va realiza o eșantion de baterie unică de capacitate mare de 400Wh/kg și tehnologia de grup. Este de așteptat ca bateriile cu stare solidă și bateriile cu litiu-sulf să poată fi produse în serie și promovate în 2030.

Bateriile de ultimă generație din proiectul de strângere de fonduri IPO al CATL includ bateriile cu stare solidă. Potrivit rapoartelor NE Times, CATL se așteaptă să realizeze producția în masă de baterii cu stare solidă până în 2025.

În general, tehnologia sistemului polimeric este cea mai matură și ia naștere primul produs de nivel EV. Natura sa conceptuală și de perspectivă a declanșat accelerarea investițiilor în cercetare și dezvoltare de către cei întârziați, dar limita superioară a performanței restricționează creșterea, iar combinarea cu electroliți solizi anorganici va fi o soluție posibilă în viitor; oxidare; În sistemul de materiale, dezvoltarea tipurilor de peliculă subțire se concentrează pe extinderea capacității și pe producția pe scară largă, iar performanța generală a tipurilor fără peliculă este mai bună, ceea ce este punctul central al cercetării și dezvoltării curente; Sistemul de sulfuri este cel mai promițător sistem de baterii cu stare solidă în domeniul vehiculelor electrice, dar într-o situație polarizată cu spațiu masiv pentru creștere și tehnologie imature, rezolvarea problemelor de securitate și a problemelor de interfață este punctul central al viitorului.

Provocările cu care se confruntă bateriile cu stare solidă includ în principal:

• Reducerea costurilor.
• Îmbunătățirea siguranței electroliților solizi.
• Menținerea contactului între electrozi și electroliți în timpul încărcării și descărcării.

Bateriile cu litiu-sulf, litiu-aer și alte sisteme trebuie să înlocuiască întregul cadru al structurii bateriei și există probleme din ce în ce mai semnificative. Electrozii pozitivi și negativi ai bateriilor cu stare solidă pot continua să utilizeze sistemul actual, iar dificultatea de realizare este relativ mică. Fiind tehnologia de baterie de ultimă generație, bateriile cu stare solidă au o siguranță și o densitate de energie mai ridicate și vor deveni singura modalitate în era post-litiu.