Твърдотелни батерии: пътят на батериите от следващо поколение

Твърдотелни батерии: пътят на батериите от следващо поколение

На 14 май, според "The Korea Times" и други медийни съобщения, Samsung планира да си сътрудничи с Hyundai за разработване на електрически превозни средства и осигуряване на батерии за захранване и други свързани автомобилни части за електрически превозни средства Hyundai. Медиите прогнозират, че Samsung и Hyundai скоро ще подпишат необвързващ меморандум за разбирателство относно доставката на батерии. Съобщава се, че Samsung представи най-новата си твърдотелна батерия на Hyundai.

Според Samsung, когато прототипната му батерия е напълно заредена, тя може да позволи на електрическа кола да измине повече от 800 километра наведнъж, с живот на батерията над 1,000 пъти. Обемът му е с 50% по-малък от литиево-йонна батерия със същия капацитет. Поради тази причина твърдотелните батерии се считат за най-подходящите захранващи батерии за електрически превозни средства през следващите десет години.

В началото на март 2020 г. Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) и Samsung Research Center of Japan (SRJ) публикуваха „Високоенергийни дългоциклиращи изцяло твърдотелни литиево-метални батерии, активирани от сребро“ в списание „Nature Energy“. -Въглеродни композитни аноди“ представиха най-новата си разработка в областта на твърдотелните батерии.

Тази батерия използва твърд електролит, който не е запалим при високи температури и може също да инхибира растежа на литиеви дендрити, за да избегне късо съединение при пробиване. В допълнение, той използва композитен слой сребро-въглерод (Ag-C) като анод, който може да увеличи енергийната плътност до 900Wh/L, има дълъг живот на цикъла от повече от 1000 цикъла и много висока кулонова ефективност (зареждане и ефективност на разреждане) от 99.8%. Може да задвижи батерията след еднократно плащане. Колата е изминала 800 километра.

Въпреки това SAIT и SRJ, които публикуваха документа, са научноизследователски институции, а не Samsung SDI, който се фокусира върху технологиите. Статията само изяснява принципа, структурата и производителността на новата батерия. Предварително се преценява, че батерията все още е в лабораторен стадий и ще бъде трудна за масово производство за кратък период.

Разликата между твърдотелните батерии и традиционните течни литиево-йонни батерии е, че вместо електролити и сепаратори се използват твърди електролити. Не е необходимо да се използват интеркалирани с литий графитни аноди. Вместо това като анод се използва метален литий, което намалява броя на анодните материали. Захранващи батерии с по-висока телесна енергийна плътност (>350Wh/kg) и по-дълъг живот (>5000 цикъла), както и специални функции (като гъвкавост) и други изисквания.

Новите системни батерии включват твърдотелни батерии, литиеви батерии и метално-въздушни батерии. Трите твърдотелни батерии имат своите предимства. Полимерните електролити са органични електролити, а оксидите и сулфидите са неорганични керамични електролити.

Ако погледнем глобалните компании за твърди батерии, има стартиращи фирми, а има и международни производители. Компаниите са сами в електролитната система с различни вярвания и няма тенденция на технологичен поток или интеграция. В момента някои технически маршрути са близки до условията на индустриализация, а пътят към автоматизацията на твърдотелни батерии е в ход.

Европейските и американските компании предпочитат полимерни и оксидни системи. Френската компания Bolloré пое водещата роля в комерсиализирането на твърдотелни батерии на базата на полимери. През декември 2011 г. електрическите му превозни средства, захранвани от 30kwh твърдотелни полимерни батерии + електрически двуслойни кондензатори, навлязоха на споделения пазар на автомобили, което беше за първи път в света. Търговски твърдотелни батерии за EV.

Sakti3, производител на тънкослойни оксидни твърдотелни батерии, беше придобит от британския гигант за домакински уреди Dyson през 2015 г. Той зависи от разходите за подготовка на тънък филм и от трудността на широкомащабното производство и нямаше масово производствен продукт за дълго време.

Планът на Максуел за твърдотелни батерии е първо да навлезе на пазара на малки батерии, да ги произвежда масово през 2020 г. и да ги използва в областта на съхранението на енергия през 2022 г. В името на бързото търговско приложение, Максуел може първо да помисли да опита полу- стабилни батерии в краткосрочен план. Въпреки това, полутвърдите батерии са по-скъпи и се използват предимно в определени области на търсене, което затруднява широкомащабните приложения.

Нетънкослойните оксидни продукти имат отлична цялостна производителност и в момента са популярни в разработването. И Тайван Хуйненг, и Джиангсу Циндао са добре познати играчи на тази писта.

Японските и корейските компании са по-отдадени на решаването на проблемите с индустриализацията на сулфидната система. Представителни компании като Toyota и Samsung ускориха внедряването си. Сулфидните твърдотелни батерии (литиево-серни батерии) имат колосален потенциал за развитие поради тяхната висока енергийна плътност и ниска цена. Сред тях технологията на Toyota е най-напредналата. Той пусна демонстрационни батерии на ниво ампер и електрохимични характеристики. В същото време те също използваха LGPS с по-висока проводимост на стайна температура като електролит за подготовка на по-голям пакет батерии.

Япония стартира национална програма за научноизследователска и развойна дейност. Най-обещаващият съюз е Toyota и Panasonic (Toyota има близо 300 инженери, участващи в разработването на твърдотелни батерии). Той заяви, че ще комерсиализира твърдотелните батерии в рамките на пет години.

Планът за комерсиализация на изцяло твърдотелни батерии, разработен от Toyota и NEDO, започва с разработването на изцяло твърдотелни батерии (батерии от първо поколение), като се използват съществуващи LIB оптимистични и вредни материали. След това ще използва нови положителни и отрицателни материали за увеличаване на енергийната плътност (батерии от следващо поколение). Очаква се Toyota да произведе прототипи на твърдотелни електрически превозни средства през 2022 г. и ще използва твърдотелни батерии в някои модели през 2025 г. През 2030 г. енергийната плътност може да достигне 500 Wh/kg за постигане на приложения за масово производство.

От гледна точка на патентите, сред първите 20 заявители за патент за твърдотелни литиеви батерии, японските компании са 11. Toyota кандидатства за най-много, достигайки 1,709, 2.2 пъти повече от втория Panasonic. Топ 10 компании са всички японски и южнокорейски, включително 8 в Япония и 2 в Южна Корея.

От гледна точка на глобалното оформление на патентите на патентопритежателите, Япония, Съединените щати, Китай, Южна Корея и Европа са ключовите страни или региони. В допълнение към местните приложения, Toyota има най-значителния брой приложения в Съединените щати и Китай, което представлява съответно 14.7% и 12.9% от общите заявки за патент.

Индустриализацията на твърдотелни батерии в моята страна също е в процес на постоянно проучване. Според плана за технически маршрут на Китай през 2020 г. постепенно ще реализира твърд електролит, високоспецифичен енергиен синтез на катоден материал и триизмерна рамкова структура от литиева сплав. Той ще разпознае производство на проба на единична батерия с 300Wh/kg с малък капацитет. През 2025 г. технологията за управление на интерфейса на твърда батерия ще реализира 400Wh/kg проба и групова технология за единична батерия с голям капацитет. Очаква се твърдотелни и литиево-серни батерии да могат да бъдат масово произведени и популяризирани през 2030 г.

Следващото поколение батерии в проекта за набиране на средства за IPO на CATL включват твърдотелни батерии. Според докладите на NE Times, CATL очаква да постигне масово производство на твърдотелни батерии поне до 2025 г.

Като цяло технологията на полимерната система е най-зрялата и се ражда първият продукт на ниво EV. Неговият концептуален и насочен към бъдещето характер предизвика ускоряване на инвестициите в изследвания и разработки от страна на закъснелите, но горната граница на производителност ограничава растежа и смесването с неорганични твърди електролити ще бъде възможно решение в бъдеще; окисляване; В материалната система разработването на тънкослойни типове е фокусирано върху разширяване на капацитета и широкомащабно производство, а цялостното представяне на нефилмовите типове е по-добро, което е фокусът на текущите изследвания и разработки; сулфидната система е най-обещаващата твърдотелна акумулаторна система в областта на електрическите превозни средства, но в поляризирана ситуация с огромно пространство за растеж и незрели технологии, решаването на проблеми със сигурността и проблемите с интерфейса е фокусът на бъдещето.

Предизвикателствата, пред които са изправени твърдотелните батерии, включват главно:

• Намаляване на разходите.
• Подобряване на безопасността на твърдите електролити.
• Поддържане на контакт между електроди и електролити по време на зареждане и разреждане.

Литиево-серните батерии, литиево-въздушните и други системи трябва да заменят цялата рамка на структурата на батерията и има все по-значими проблеми. Положителните и отрицателните електроди на твърдотелните батерии могат да продължат да използват текущата система и трудността на реализацията е сравнително малка. Като технология за батерии от следващо поколение, твърдотелните батерии имат по-висока безопасност и енергийна плътност и ще станат единственият начин в ерата след лития.