Bateritë në gjendje të ngurtë: rruga e baterive të gjeneratës së ardhshme

Bateritë në gjendje të ngurtë: rruga e baterive të gjeneratës së ardhshme

Më 14 maj, sipas "The Korea Times" dhe raporteve të tjera të mediave, Samsung planifikon të bashkëpunojë me Hyundai për të zhvilluar automjete elektrike dhe për të ofruar bateri me energji elektrike dhe pjesë të tjera të lidhura makinash për automjetet elektrike Hyundai. Mediat parashikojnë se Samsung dhe Hyundai së shpejti do të nënshkruajnë një memorandum jodetyrues mirëkuptimi për furnizimin me bateri. Është raportuar se Samsung prezantoi baterinë e saj më të fundit në gjendje të ngurtë në Hyundai.

Sipas Samsung, kur bateria e tij prototipi është plotësisht e ngarkuar, ajo mund të lejojë një makinë elektrike të përzënë më shumë se 800 kilometra në të njëjtën kohë, me një jetëgjatësi të ciklit të baterisë më shumë se 1,000 herë. Vëllimi i tij është 50% më i vogël se një bateri litium-jon me të njëjtin kapacitet. Për këtë arsye, bateritë në gjendje të ngurtë konsiderohen si bateritë më të përshtatshme të energjisë për automjetet elektrike në dhjetë vitet e ardhshme.

Në fillim të marsit 2020, Instituti Samsung për Studime të Avancuara (SAIT) dhe Qendra Kërkimore Samsung e Japonisë (SRJ) publikuan "Bateritë metalike të litiumit në gjendje të ngurtë me çiklizëm të lartë me energji të lartë, të mundësuara nga argjendi" në revistën "Nature Energy". -Anodet kompozite të karbonit" prezantuan zhvillimin e tyre më të fundit në fushën e baterive në gjendje të ngurtë.

Kjo bateri përdor një elektrolit të ngurtë, i cili nuk është i ndezshëm në temperatura të larta dhe gjithashtu mund të pengojë rritjen e dendriteve të litiumit për të shmangur shpimin e qarkut të shkurtër. Përveç kësaj, ai përdor një shtresë të përbërë argjendi-karbon (Ag-C) si anodë, e cila mund të rrisë densitetin e energjisë në 900 Wh/L, ka një jetë të gjatë cikli prej më shumë se 1000 cikle dhe një efikasitet shumë të lartë kulombik (ngarkesë dhe efikasiteti i shkarkimit) prej 99.8%. Mund të drejtojë baterinë pas një pagese të vetme. Makina përshkoi 800 kilometra.

Megjithatë, SAIT dhe SRJ që publikuan punimin janë institucione kërkimore shkencore dhe jo Samsung SDI, e cila fokusohet në teknologji. Artikulli sqaron vetëm parimin, strukturën dhe performancën e baterisë së re. Paraprakisht vlerësohet se bateria është ende në fazën laboratorike dhe do të jetë e vështirë të prodhohet në masë në një periudhë të shkurtër.

Dallimi midis baterive në gjendje të ngurtë dhe baterive tradicionale të lëngshme litium-jon është se elektrolitet e ngurta përdoren në vend të elektroliteve dhe ndarësve. Nuk është e nevojshme të përdoren anoda grafiti të ndërthurura me litium. Në vend të kësaj, litiumi metalik përdoret si anodë, gjë që zvogëlon numrin e materialeve të anodës. Bateritë me energji elektrike me densitet më të lartë të energjisë trupore (>350 Wh/kg) dhe jetëgjatësi më të madhe (> 5000 cikle), si dhe funksione të veçanta (si fleksibiliteti) dhe kërkesa të tjera.

Bateritë e sistemit të ri përfshijnë bateri të gjendjes së ngurtë, bateri litium rrjedhëse dhe bateri metalike-ajër. Tre bateritë në gjendje të ngurtë kanë avantazhet e tyre. Elektrolitet polimere janë elektrolite organike, dhe oksidet dhe sulfidet janë elektrolite qeramike inorganike.

Duke parë kompanitë globale të baterive në gjendje të ngurtë, ka biznese fillestare dhe ka edhe prodhues ndërkombëtarë. Kompanitë janë të vetme në sistemin elektrolitik me besime të ndryshme dhe nuk ka asnjë tendencë të rrjedhës së teknologjisë apo integrimit. Aktualisht, disa rrugë teknike janë afër kushteve të industrializimit dhe rruga për automatizimin e baterive në gjendje të ngurtë ka qenë në progres.

Kompanitë evropiane dhe amerikane preferojnë sistemet polimer dhe oksid. Kompania franceze Bolloré mori drejtimin në komercializimin e baterive në gjendje të ngurtë me bazë polimeri. Në dhjetor 2011, automjetet e saj elektrike të fuqizuara nga bateritë polimer në gjendje të ngurtë 30 kwh + kondensatorë elektrikë me dy shtresa hynë në tregun e përbashkët të makinave, që ishte hera e parë në botë. Bateri komerciale në gjendje të ngurtë për EV.

Sakti3, një prodhues baterish në gjendje të ngurtë oksidi me film të hollë, u ble nga gjiganti britanik i pajisjeve shtëpiake Dyson në 2015. Ajo i nënshtrohet kostos së përgatitjes së filmit të hollë dhe vështirësisë së prodhimit në shkallë të gjerë, dhe nuk ka pasur masë produkt prodhimi për një kohë të gjatë.

Plani i Maxwell për bateritë në gjendje të ngurtë është që fillimisht të hyjë në tregun e baterive të vogla, t'i prodhojë ato në masë në vitin 2020 dhe t'i përdorë ato në fushën e ruajtjes së energjisë në vitin 2022. Për hir të aplikimit të shpejtë tregtar, Maxwell mund të konsiderojë fillimisht përpjekjen gjysmë- bateri të ngurta në afat të shkurtër. Megjithatë, bateritë gjysmë të ngurta janë më të shtrenjta dhe përdoren kryesisht në fusha të veçanta të kërkesës, duke i bërë të vështira aplikimet në shkallë të gjerë.

Produktet okside me shtresë jo të hollë kanë performancë të shkëlqyer të përgjithshme dhe janë aktualisht të njohura në zhvillim. Të dy Taiwan Huineng dhe Jiangsu Qingdao janë lojtarë të njohur në këtë pistë.

Kompanitë japoneze dhe koreane janë më të përkushtuara për zgjidhjen e problemeve të industrializimit të sistemit sulfide. Kompanitë përfaqësuese si Toyota dhe Samsung kanë përshpejtuar vendosjen e tyre. Bateritë sulfide në gjendje të ngurtë (bateritë litium-squfuri) kanë potencial kolosal zhvillimi për shkak të densitetit të lartë të energjisë dhe kostos së ulët. Ndër to, teknologjia e Toyota-s është më e avancuara. Ai lëshoi ​​bateri Demo të nivelit të amperit dhe performancë elektrokimike. Në të njëjtën kohë, ata përdorën gjithashtu LGPS me përçueshmëri më të lartë të temperaturës së dhomës si elektrolit për të përgatitur një paketë baterie më të madhe.

Japonia ka nisur një program mbarëkombëtar kërkimi dhe zhvillimi. Aleanca më premtuese është Toyota dhe Panasonic (Toyota ka rreth 300 inxhinierë të përfshirë në zhvillimin e baterive në gjendje të ngurtë). Ai tha se do të komercializonte bateritë e gjendjes së ngurtë brenda pesë viteve.

Plani i komercializimit të baterive në gjendje tërësisht të ngurtë i zhvilluar nga Toyota dhe NEDO fillon me zhvillimin e baterive në gjendje të ngurtë (bateritë e gjeneratës së parë) duke përdorur materiale ekzistuese LIB optimiste dhe të dëmshme. Pas kësaj, do të përdorë materiale të reja pozitive dhe negative për të rritur densitetin e energjisë (bateritë e gjeneratës së ardhshme). Toyota pritet të prodhojë prototipe të automjeteve elektrike të gjendjes së ngurtë në vitin 2022 dhe do të përdorë bateri të gjendjes së ngurtë në disa modele në vitin 2025. Në vitin 2030, dendësia e energjisë mund të arrijë 500 Wh/kg për të arritur aplikimet e prodhimit në masë.

Nga këndvështrimi i patentave, ndër 20 aplikantët kryesorë për patentë për bateritë e litiumit në gjendje të ngurtë, kompanitë japoneze përbënin 11. Toyota aplikoi për më shumë, duke arritur në 1,709, 2.2 herë më shumë se Panasonic i dytë. 10 kompanitë kryesore janë të gjitha japoneze dhe koreano-jugore, duke përfshirë 8 në Japoni dhe 2 në Korenë e Jugut.

Nga këndvështrimi i paraqitjes globale të patentave të patentësve, Japonia, Shtetet e Bashkuara, Kina, Koreja e Jugut dhe Evropa janë vendet ose rajonet kryesore. Përveç aplikimeve lokale, Toyota ka numrin më të konsiderueshëm të aplikimeve në Shtetet e Bashkuara dhe Kinë, duke zënë përkatësisht 14.7% dhe 12.9% të totalit të aplikimeve për patentë.

Industrializimi i baterive në gjendje të ngurtë në vendin tim është gjithashtu nën eksplorim të vazhdueshëm. Sipas planit teknik të rrugës së Kinës, në vitin 2020, ajo do të realizojë gradualisht elektrolitin e ngurtë, sintezën e materialit katodë me energji të lartë specifike dhe teknologjinë e ndërtimit të strukturës së kornizës tredimensionale të aliazhit të litiumit. Ai do të njohë prodhimin e mostrës së baterisë me kapacitet të vogël 300 Wh/kg. Në vitin 2025, teknologjia e kontrollit të ndërfaqes së baterisë në gjendje të ngurtë do të realizojë 400 Wh/kg mostër të vetme të baterisë dhe teknologjinë grupore me kapacitet të madh. Pritet që bateritë në gjendje të ngurtë dhe bateritë litium-squfuri të mund të prodhohen dhe promovohen në masë në vitin 2030.

Bateritë e gjeneratës së ardhshme në projektin e mbledhjes së fondeve IPO të CATL përfshijnë bateritë e gjendjes së ngurtë. Sipas raporteve të NE Times, CATL pret të arrijë prodhimin masiv të baterive në gjendje të ngurtë deri në të paktën 2025.

Në tërësi, teknologjia e sistemit polimer është më e pjekura dhe lind produkti i parë i nivelit EV. Natyra e tij konceptuale dhe largpamëse ka nxitur përshpejtimin e investimeve në kërkime dhe zhvillim nga personat e vonuar, por kufiri i sipërm i performancës kufizon rritjen dhe kombinimi me elektrolite të ngurta inorganike do të jetë një zgjidhje e mundshme në të ardhmen; oksidimi; Në sistemin e materialeve, zhvillimi i llojeve të filmit të hollë është i përqendruar në zgjerimin e kapacitetit dhe prodhimin në shkallë të gjerë, dhe performanca e përgjithshme e llojeve jo të filmit është më e mirë, gjë që është fokusi i kërkimit dhe zhvillimit aktual; Sistemi sulfide është sistemi më premtues i baterive në gjendje të ngurtë në fushën e automjeteve elektrike, por në një situatë të polarizuar me hapësirë ​​masive për rritje dhe teknologji të papjekur, zgjidhja e çështjeve të sigurisë dhe çështjeve të ndërfaqes është fokusi i së ardhmes.

Sfidat me të cilat përballen bateritë në gjendje të ngurtë përfshijnë kryesisht:

• Ulja e kostove.
• Përmirësimi i sigurisë së elektroliteve të ngurta.
• Mbajtja e kontaktit ndërmjet elektrodave dhe elektroliteve gjatë karikimit dhe shkarkimit.

Bateritë litium-squfur, litium-ajër dhe sisteme të tjera duhet të zëvendësojnë të gjithë kornizën e strukturës së baterisë dhe ka gjithnjë e më shumë probleme të rëndësishme. Elektrodat pozitive dhe negative të baterive në gjendje të ngurtë mund të vazhdojnë të përdorin sistemin aktual dhe vështirësia e realizimit është relativisht e vogël. Si teknologjia e baterive të gjeneratës së ardhshme, bateritë e gjendjes së ngurtë kanë siguri dhe densitet më të lartë energjie dhe do të bëhen mënyra e vetme në epokën pas litiumit.