Цвёрдацельныя батарэі: маршрут батарэй наступнага пакалення

Цвёрдацельныя батарэі: маршрут батарэй наступнага пакалення

14 мая, паводле «The Korea Times» і іншых паведамленняў СМІ, Samsung плануе супрацоўнічаць з Hyundai для распрацоўкі электрамабіляў і пастаўкі батарэй і іншых падключаных аўтамабільных дэталяў для электрамабіляў Hyundai. СМІ прагназуюць, што ў бліжэйшы час Samsung і Hyundai падпішуць неабавязковы мемарандум аб узаемаразуменні па пытаннях пастаўкі акумулятараў. Паведамляецца, што Samsung прадставіла Hyundai сваю апошнюю цвёрдацельную батарэю.

Па словах Samsung, калі яго прататып акумулятара цалкам зараджаны, ён можа дазволіць электрамабілю праехаць больш за 800 кіламетраў за адзін раз, пры гэтым тэрмін службы батарэі складае больш за 1,000 разоў. Яго аб'ём на 50% меншы за літый-іённы акумулятар такой жа ёмістасці. Па гэтай прычыне цвёрдацельныя батарэі лічацца найбольш прыдатнымі для электрамабіляў у бліжэйшыя дзесяць гадоў.

У пачатку сакавіка 2020 года Інстытут перспектыўных даследаванняў Samsung (SAIT) і Японскі навукова-даследчы цэнтр Samsung (SRJ) апублікавалі ў часопісе «Nature Energy» «Высокаэнергетычныя цвёрдацельныя металічныя літыевыя батарэі з доўгім цыклам працы з выкарыстаннем срэбра». -Вугляродныя кампазітныя аноды» прадставілі сваю апошнюю распрацоўку ў галіне цвёрдацельных акумулятараў.

У гэтай батарэі выкарыстоўваецца цвёрды электраліт, які не гарыць пры высокіх тэмпературах, а таксама можа перашкаджаць росту дендрытаў літыя, каб пазбегнуць кароткага замыкання. Акрамя таго, у якасці анода выкарыстоўваецца кампазітны пласт срэбра-вуглярод (Ag-C), які можа павялічыць шчыльнасць энергіі да 900 Вт·г/л, мае працяглы тэрмін службы больш за 1000 цыклаў і вельмі высокую кулонаўскую эфектыўнасць (зарад і эфектыўнасць разраду) 99.8%. Ён можа кіраваць батарэяй пасля адной аплаты. Аўтамабіль праехаў 800 кіламетраў.

Аднак SAIT і SRJ, якія апублікавалі дакумент, з'яўляюцца навукова-даследчымі ўстановамі, а не Samsung SDI, які сканцэнтраваны на тэхналогіі. Артыкул толькі тлумачыць прынцып, структуру і прадукцыйнасць новай батарэі. Папярэдне мяркуецца, што батарэя ўсё яшчэ знаходзіцца ў лабараторнай стадыі і будзе цяжка вырабіць масавую вытворчасць за кароткі перыяд.

Розніца паміж цвёрдацельнымі батарэямі і традыцыйнымі вадкімі літый-іённымі батарэямі заключаецца ў тым, што замест электралітаў і сепаратараў выкарыстоўваюцца цвёрдыя электраліты. Зусім неабавязкова выкарыстоўваць графітавыя аноды, укладзеныя ў літый. Замест гэтага ў якасці анода выкарыстоўваецца металічны літый, што памяншае колькасць анодных матэрыялаў. Батарэі з больш высокай шчыльнасцю энергіі цела (>350 Вт/кг) і больш працяглым тэрмінам службы (>5000 цыклаў), а таксама спецыяльнымі функцыямі (напрыклад, гнуткасцю) і іншымі патрабаваннямі.

Новыя сістэмныя батарэі ўключаюць цвёрдацельныя батарэі, літыевыя батарэі і метала-паветраныя батарэі. Тры цвёрдацельныя батарэі маюць свае перавагі. Палімерныя электраліты - гэта арганічныя электраліты, а аксіды і сульфіды - неарганічныя керамічныя электраліты.

Гледзячы на ​​сусветныя кампаніі цвёрдацельных акумулятараў, ёсць стартапы, а ёсць і міжнародныя вытворцы. Кампаніі адны ў сістэме электралітаў з рознымі перакананнямі, і няма тэндэнцыі патоку тэхналогій або інтэграцыі. У цяперашні час некаторыя тэхнічныя трасы блізкія да ўмоў індустрыялізацыі, праведзена дарога да аўтаматызацыі цвёрдацельных батарэй.

Еўрапейскія і амерыканскія кампаніі аддаюць перавагу палімерным і аксідным сістэмам. Французская кампанія Bolloré заняла лідарства ў камерцыялізацыі цвёрдацельных акумулятараў на аснове палімераў. У снежні 2011 года яе электрамабілі, якія працуюць ад цвёрдацельных палімерных акумулятараў 30 кВт·г + электрычныя двухслаёвыя кандэнсатары, выйшлі на агульны аўтамабільны рынак, што было ўпершыню ў свеце. Камерцыйныя цвёрдацельныя батарэі для EV.

Sakti3, вытворца тонкаплёнкавых аксідных цвёрдацельных акумулятараў, быў набыты брытанскім гігантам бытавой тэхнікі Dyson у 2015 годзе. Гэта залежыць ад выдаткаў на падрыхтоўку тонкай плёнкі і цяжкасці буйнамаштабнага вытворчасці, і не было масавага вытворчасць прадукту на працягу доўгага часу.

План Максвелла для цвёрдацельных акумулятараў - спачатку выйсці на рынак невялікіх акумулятараў, масава вырабляць іх у 2020 годзе і выкарыстоўваць у галіне назапашвання энергіі ў 2022 годзе. Дзеля хуткага камерцыйнага прымянення Максвел можа спачатку падумаць пра спробу паў- цвёрдыя батарэі ў кароткатэрміновай перспектыве. Тым не менш, паўцвёрдыя батарэі каштуюць даражэй і ў асноўным выкарыстоўваюцца ў пэўных галінах попыту, што робіць цяжкім буйнамаштабнае прымяненне.

Нятонкаплёнкавыя аксідныя прадукты маюць выдатныя агульныя характарыстыкі і ў цяперашні час папулярныя ў распрацоўцы. І Тайвань Хуйнэн, і Цзянсу Ціндао - добра вядомыя гульцы на гэтым трэку.

Японскія і карэйскія кампаніі больш імкнуцца да вырашэння праблем індустрыялізацыі сульфіднай сістэмы. Прадстаўнічыя кампаніі, такія як Toyota і Samsung, паскорылі сваё разгортванне. Сульфідныя цвёрдацельныя батарэі (літый-серныя батарэі) маюць каласальны патэнцыял развіцця дзякуючы высокай шчыльнасці энергіі і нізкай кошту. Сярод іх тэхналогія Toyota - самая перадавая. Ён выпусціў дэма-батарэі ўзроўню ампера і электрахімічныя характарыстыкі. У той жа час яны таксама выкарыстоўвалі LGPS з больш высокай праводнасцю пакаёвай тэмпературы ў якасці электраліта для падрыхтоўкі большага акумулятара.

Японія запусціла агульнанацыянальную праграму даследаванняў і распрацовак. Найбольш перспектыўны альянс — Toyota і Panasonic (у Toyota амаль 300 інжынераў, якія займаюцца распрацоўкай цвёрдацельных акумулятараў). Ён сказаў, што будзе камерцыянаваць цвёрдацельныя батарэі на працягу пяці гадоў.

План камерцыялізацыі цвёрдацельных акумулятараў, распрацаваны Toyota і NEDO, пачынаецца з распрацоўкі цалкам цвёрдацельных акумулятараў (батарэй першага пакалення) з выкарыстаннем існуючых аптымічных і шкодных матэрыялаў LIB. Пасля гэтага ён будзе выкарыстоўваць новыя станоўчыя і адмоўныя матэрыялы для павелічэння шчыльнасці энергіі (батарэі наступнага пакалення). Чакаецца, што Toyota вырабіць прататыпы цвёрдацельных электрамабіляў у 2022 годзе, а ў 2025 годзе будзе выкарыстоўваць цвёрдацельныя батарэі ў некаторых мадэлях. У 2030 годзе шчыльнасць энергіі можа дасягнуць 500 Вт·г/кг для дасягнення масавай вытворчасці.

З пункту гледжання патэнтаў, сярод 20 лепшых прэтэндэнтаў на цвёрдацельныя літыевыя батарэі японскія кампаніі займаюць 11. Больш за ўсё заяўляла Toyota, дасягнуўшы 1,709, што ў 2.2 разы больш, чым у другога Panasonic. Першыя 10 кампаній - японскія і паўднёвакарэйскія, у тым ліку 8 ​​у Японіі і 2 у Паўднёвай Карэі.

З пункту гледжання глабальнага размяшчэння патэнтаў уладальнікаў патэнтаў, ключавымі краінамі або рэгіёнамі з'яўляюцца Японія, ЗША, Кітай, Паўднёвая Карэя і Еўропа. У дадатак да мясцовых заявак, Toyota мае найбольшую колькасць заявак у Злучаных Штатах і Кітаі, што складае 14.7% і 12.9% ад агульнай колькасці заявак на патэнт адпаведна.

Індустрыялізацыя цвёрдацельных акумулятараў у маёй краіне таксама знаходзіцца ў стадыі пастаянных даследаванняў. Згодна з планам тэхнічнага маршруту Кітая, у 2020 годзе ён будзе паступова рэалізоўваць тэхналогію будаўніцтва цвёрдага электраліта, сінтэзу катоднага матэрыялу з высокай удзельнай энергіяй і трохмернай каркаснай структуры з літыевага сплаву. Ён будзе распазнаваць вытворчасць узораў адной батарэі малой ёмістасці 300 Вт/кг. У 2025 годзе тэхналогія кіравання інтэрфейсам цвёрдацельнай батарэі дазволіць рэалізаваць тэхналогію ўзору і групавой батарэі вялікай ёмістасці 400 Вт/кг. Чакаецца, што цвёрдацельныя батарэі і літый-серныя батарэі можна будзе масава вырабляць і прасоўваць у 2030 годзе.

Акумулятары наступнага пакалення ў праекце CATL па зборы сродкаў IPO ўключаюць цвёрдацельныя батарэі. Паводле паведамленняў NE Times, CATL разлічвае дасягнуць масавага вытворчасці цвёрдацельных акумулятараў як мінімум да 2025 года.

У цэлым тэхналогія палімернай сістэмы з'яўляецца самай сталай, і нараджаецца першы прадукт EV-узроўню. Яго канцэптуальны і перспектыўны характар ​​выклікаў паскарэнне інвестыцый у даследаванні і распрацоўкі з боку тых, хто спазніўся, але верхняя мяжа прадукцыйнасці абмяжоўвае рост, і спалучэнне з неарганічнымі цвёрдымі электралітамі стане магчымым рашэннем у будучыні; акісленне; У матэрыяльнай сістэме развіццё тонкаплёнкавых тыпаў арыентавана на пашырэнне магутнасцяў і буйнамаштабнае вытворчасць, а агульная прадукцыйнасць неплёнкавых тыпаў лепш, што з'яўляецца ў цэнтры ўвагі бягучых даследаванняў і распрацовак; Сульфідная сістэма з'яўляецца найбольш перспектыўнай цвёрдацельнай акумулятарнай сістэмай у галіне электрамабіляў, але ў палярызаванай сітуацыі з велізарнай магчымасцю для росту і няспелымі тэхналогіямі вырашэнне праблем бяспекі і інтэрфейсаў з'яўляецца ў цэнтры ўвагі будучыні.

Праблемы, з якімі сутыкаюцца цвёрдацельныя батарэі, у асноўным уключаюць:

• Зніжэнне выдаткаў.
• Павышэнне бяспекі цвёрдых электралітаў.
• Захаванне кантакту паміж электродамі і электралітамі падчас зарадкі і разраду.

Літый-серныя батарэі, літый-паветраныя і іншыя сістэмы павінны замяніць увесь каркас канструкцыі батарэі, і з'яўляюцца ўсё больш значныя праблемы. Станоўчыя і адмоўныя электроды цвёрдацельных акумулятараў могуць працягваць выкарыстоўваць цяперашнюю сістэму, і складанасць рэалізацыі адносна невялікая. Будучы тэхналогіяй батарэі новага пакалення, цвёрдацельныя батарэі маюць больш высокую бяспеку і шчыльнасць энергіі і стануць адзіным спосабам у постлітыевую эру.