Bateri keadaan pepejal: laluan bateri generasi akan datang

Bateri keadaan pepejal: laluan bateri generasi akan datang

Pada 14 Mei, menurut "The Korea Times" dan laporan media lain, Samsung merancang untuk bekerjasama dengan Hyundai untuk membangunkan kenderaan elektrik dan menyediakan bateri kuasa dan bahagian kereta lain yang bersambung untuk kenderaan elektrik Hyundai. Media meramalkan bahawa Samsung dan Hyundai akan menandatangani memorandum persefahaman yang tidak mengikat mengenai bekalan bateri tidak lama lagi. Dilaporkan Samsung memperkenalkan bateri keadaan pepejal terbarunya kepada Hyundai.

Menurut Samsung, apabila bateri prototaipnya dicas sepenuhnya, ia boleh membolehkan kereta elektrik memandu lebih daripada 800 kilometer pada satu masa, dengan hayat kitaran bateri lebih daripada 1,000 kali. Isipadunya adalah 50% lebih kecil daripada bateri litium-ion dengan kapasiti yang sama. Atas sebab ini, bateri keadaan pepejal dianggap sebagai bateri kuasa yang paling sesuai untuk kenderaan elektrik dalam tempoh sepuluh tahun akan datang.

Pada awal Mac 2020, Institut Kajian Lanjutan Samsung (SAIT) dan Pusat Penyelidikan Samsung Jepun (SRJ) menerbitkan "Bateri logam litium semua keadaan pepejal berbasikal bertenaga tinggi yang didayakan oleh perak" dalam majalah "Nature Energy". -Anod komposit karbon" memperkenalkan perkembangan terbaru mereka dalam bidang bateri keadaan pepejal.

Bateri ini menggunakan elektrolit pepejal, yang tidak mudah terbakar pada suhu tinggi dan juga boleh menghalang pertumbuhan dendrit litium untuk mengelakkan litar pintas tusukan. Di samping itu, ia menggunakan lapisan komposit perak-karbon (Ag-C) sebagai anod, yang boleh meningkatkan ketumpatan tenaga kepada 900Wh/L, mempunyai hayat kitaran yang panjang lebih daripada 1000 kitaran, dan kecekapan coulombi yang sangat tinggi (cas). dan kecekapan nyahcas) sebanyak 99.8%. Ia boleh memacu bateri selepas satu pembayaran. Kereta itu bergerak sejauh 800 kilometer.

Walau bagaimanapun, SAIT dan SRJ yang menerbitkan kertas kerja adalah institusi penyelidikan saintifik dan bukannya Samsung SDI, yang memfokuskan pada teknologi. Artikel itu hanya menjelaskan prinsip, struktur dan prestasi bateri baharu. Adalah dinilai awal bahawa bateri masih dalam peringkat makmal dan sukar untuk dikeluarkan secara besar-besaran dalam tempoh yang singkat.

Perbezaan antara bateri keadaan pepejal dan bateri litium-ion cecair tradisional ialah elektrolit pepejal digunakan dan bukannya elektrolit dan pemisah. Ia tidak perlu menggunakan anod grafit berselang litium. Sebaliknya, litium logam digunakan sebagai anod, yang mengurangkan bilangan bahan anod. Bateri kuasa dengan ketumpatan tenaga badan yang lebih tinggi (>350Wh/kg) dan hayat lebih lama (>5000 kitaran), serta fungsi khas (seperti fleksibiliti) dan keperluan lain.

Bateri sistem baharu termasuk bateri keadaan pepejal, bateri aliran litium dan bateri udara logam. Tiga bateri keadaan pepejal mempunyai kelebihan mereka. Elektrolit polimer ialah elektrolit organik, dan oksida dan sulfida ialah elektrolit seramik bukan organik.

Melihat kepada syarikat bateri keadaan pepejal global, terdapat syarikat pemula, dan terdapat juga pengeluar antarabangsa. Syarikat-syarikat itu bersendirian dalam sistem elektrolit dengan kepercayaan yang berbeza, dan tiada aliran teknologi atau integrasi. Pada masa ini, beberapa laluan teknikal hampir dengan keadaan perindustrian, dan jalan ke automasi bateri keadaan pepejal sedang berjalan.

Syarikat Eropah dan Amerika lebih suka sistem polimer dan oksida. Syarikat Perancis Bolloré mendahului dalam mengkomersialkan bateri keadaan pepejal berasaskan polimer. Pada Disember 2011, kenderaan elektriknya yang dikuasakan oleh bateri polimer keadaan pepejal 30kwj + kapasitor dua lapisan elektrik memasuki pasaran kereta kongsi, yang merupakan kali pertama di dunia. Bateri keadaan pepejal komersial untuk EV.

Sakti3, pengeluar bateri keadaan pepejal oksida filem nipis, telah diperoleh oleh gergasi perkakas rumah British Dyson pada tahun 2015. Ia tertakluk kepada kos penyediaan filem nipis dan kesukaran pengeluaran berskala besar, dan tidak terdapat sebarang jisim. produk pengeluaran untuk masa yang lama.

Pelan Maxwell untuk bateri keadaan pepejal adalah untuk memasuki pasaran bateri kecil terlebih dahulu, mengeluarkannya secara besar-besaran pada 2020 dan menggunakannya dalam bidang penyimpanan tenaga pada 2022. Demi aplikasi komersial yang pantas, Maxwell mungkin mempertimbangkan untuk mencuba separuh- bateri pepejal dalam jangka pendek. Namun begitu, bateri separa pepejal lebih mahal dan digunakan terutamanya dalam bidang permintaan tertentu, menjadikan aplikasi berskala besar sukar.

Produk oksida bukan filem nipis mempunyai prestasi keseluruhan yang sangat baik dan kini popular dalam pembangunan. Kedua-dua Taiwan Huineng dan Jiangsu Qingdao adalah pemain terkenal di trek ini.

Syarikat Jepun dan Korea lebih komited untuk menyelesaikan masalah perindustrian sistem sulfida. Syarikat perwakilan seperti Toyota dan Samsung telah mempercepatkan penggunaan mereka. Bateri keadaan pepejal sulfida (bateri litium-sulfur) mempunyai potensi pembangunan yang besar kerana ketumpatan tenaga yang tinggi dan kos yang rendah. Antaranya, teknologi Toyota adalah yang paling canggih. Ia mengeluarkan bateri Demo tahap ampere dan prestasi elektrokimia. Pada masa yang sama, mereka juga menggunakan LGPS dengan kekonduksian suhu bilik yang lebih tinggi sebagai elektrolit untuk menyediakan pek bateri yang lebih besar.

Jepun telah melancarkan program penyelidikan dan pembangunan di seluruh negara. Pakatan yang paling menjanjikan ialah Toyota dan Panasonic (Toyota mempunyai hampir 300 jurutera yang terlibat dalam membangunkan bateri keadaan pepejal). Ia berkata ia akan mengkomersialkan bateri keadaan pepejal dalam tempoh lima tahun.

Pelan pengkomersilan bateri semua keadaan pepejal yang dibangunkan oleh Toyota dan NEDO bermula dengan membangunkan bateri keadaan pepejal (bateri generasi pertama) menggunakan bahan LIB sedia ada yang bertenaga dan berbahaya. Selepas itu, Ia akan menggunakan bahan positif dan negatif baharu untuk meningkatkan ketumpatan tenaga (bateri generasi seterusnya). Toyota dijangka menghasilkan prototaip kenderaan elektrik keadaan pepejal pada tahun 2022, dan Ia akan menggunakan bateri keadaan pepejal dalam beberapa model pada tahun 2025. Pada tahun 2030, ketumpatan tenaga boleh mencapai 500Wh/kg untuk mencapai aplikasi pengeluaran besar-besaran.

Dari perspektif paten, antara 20 pemohon paten teratas untuk bateri litium keadaan pepejal, syarikat Jepun menyumbang 11. Toyota memohon paling banyak, mencapai 1,709, 2.2 kali ganda daripada Panasonic kedua. 10 syarikat teratas semuanya Jepun dan Korea Selatan, termasuk 8 di Jepun dan 2 di Korea Selatan.

Dari perspektif susun atur paten global pemegang paten, Jepun, Amerika Syarikat, China, Korea Selatan dan Eropah ialah negara atau wilayah utama. Sebagai tambahan kepada aplikasi tempatan, Toyota mempunyai bilangan permohonan paling ketara di Amerika Syarikat dan China, masing-masing menyumbang 14.7% dan 12.9% daripada jumlah permohonan paten.

Pengindustrian bateri keadaan pepejal di negara saya juga sedang diterokai secara berterusan. Menurut pelan laluan teknikal China, pada tahun 2020, Ia akan secara beransur-ansur merealisasikan elektrolit pepejal, sintesis bahan katod tenaga spesifik tinggi, dan teknologi pembinaan aloi litium struktur rangka kerja tiga dimensi. Ia akan mengiktiraf pembuatan sampel bateri tunggal berkapasiti kecil 300Wh/kg. Pada tahun 2025, teknologi kawalan antara muka bateri keadaan pepejal akan merealisasikan 400Wh/kg sampel bateri tunggal dan teknologi kumpulan berkapasiti besar. Dijangkakan bahawa bateri keadaan pepejal dan bateri litium-sulfur boleh dihasilkan secara besar-besaran dan dipromosikan pada tahun 2030.

Bateri generasi akan datang dalam projek pengumpulan dana IPO CATL termasuk bateri keadaan pepejal. Menurut laporan NE Times, CATL menjangkakan untuk mencapai pengeluaran besar-besaran bateri keadaan pepejal sekurang-kurangnya 2025.

Secara keseluruhannya, teknologi sistem polimer adalah yang paling matang, dan produk peringkat EV yang pertama dilahirkan. Sifat konseptual dan berpandangan ke hadapan telah mencetuskan pecutan pelaburan dalam penyelidikan dan pembangunan oleh mereka yang lewat, tetapi had atas prestasi menyekat pertumbuhan, dan pengkompaunan dengan elektrolit pepejal tak organik akan menjadi penyelesaian yang mungkin pada masa hadapan; pengoksidaan; Dalam sistem bahan, pembangunan jenis filem nipis tertumpu pada pengembangan kapasiti dan pengeluaran berskala besar, dan prestasi keseluruhan jenis bukan filem adalah lebih baik, yang menjadi tumpuan penyelidikan dan pembangunan semasa; sistem sulfida ialah sistem bateri keadaan pepejal yang paling menjanjikan dalam bidang kenderaan elektrik, Tetapi dalam keadaan terpolarisasi dengan ruang besar untuk pertumbuhan dan teknologi yang tidak matang, menyelesaikan isu keselamatan dan isu antara muka adalah tumpuan masa depan.

Cabaran yang dihadapi oleh bateri keadaan pepejal terutamanya termasuk:

• Mengurangkan kos.
• Meningkatkan keselamatan elektrolit pepejal.
• Mengekalkan sentuhan antara elektrod dan elektrolit semasa mengecas dan menyahcas.

Bateri litium-sulfur, udara litium dan sistem lain perlu menggantikan keseluruhan rangka struktur bateri, dan terdapat lebih banyak masalah yang ketara. Elektrod positif dan negatif bateri keadaan pepejal boleh terus menggunakan sistem semasa, dan kesukaran untuk merealisasikan adalah agak kecil. Sebagai teknologi bateri generasi akan datang, bateri keadaan pepejal mempunyai keselamatan dan ketumpatan tenaga yang lebih tinggi dan akan menjadi satu-satunya cara dalam era pasca litium.