Solid-state batterier: neste generasjons batterirute

Solid-state batterier: neste generasjons batterirute

Den 14. mai, ifølge «The Korea Times» og andre medieoppslag, planlegger Samsung å samarbeide med Hyundai for å utvikle elektriske kjøretøy og levere strømbatterier og andre tilkoblede bildeler til Hyundai elektriske kjøretøy. Mediene spår at Samsung og Hyundai snart vil signere et uforpliktende avtaleavtale om batteriforsyning. Det er rapportert at Samsung introduserte sitt nyeste solid-state-batteri til Hyundai.

Ifølge Samsung, når prototypebatteriet er fulladet, kan det tillate en elbil å kjøre mer enn 800 kilometer om gangen, med en batterisykluslevetid på mer enn 1,000 ganger. Volumet er 50 % mindre enn et litium-ion-batteri med samme kapasitet. Av denne grunn anses solid-state-batterier for å være de best egnede strømbatteriene for elektriske kjøretøy de neste ti årene.

Tidlig i mars 2020 publiserte Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) og Samsung Research Center of Japan (SRJ) "High-energy long-cycling all-solid-state lithium metal batterys enabled by silver" i "Nature Energy" magazine. -Carbon composite anodes" introduserte sin siste utvikling innen solid-state batterier.

Dette batteriet bruker en solid elektrolytt, som ikke er brannfarlig ved høye temperaturer og kan også hemme veksten av litiumdendritter for å unngå punktering av kortslutninger. I tillegg bruker den et sølv-karbon (Ag-C) komposittlag som anode, som kan øke energitettheten til 900Wh/L, har en lang sykluslevetid på mer enn 1000 sykluser, og en meget høy coulombisk effektivitet (lading) og utslippseffektivitet) på 99.8 %. Den kan drive batteriet etter en enkelt betaling. Bilen gikk 800 kilometer.

SAIT og SRJ som publiserte artikkelen er imidlertid vitenskapelige forskningsinstitusjoner i stedet for Samsung SDI, som fokuserer på teknologi. Artikkelen klargjør bare det nye batteriets prinsipp, struktur og ytelse. Det er foreløpig vurdert at batteriet fortsatt er på laboratoriestadiet og vil være vanskelig å masseprodusere i løpet av kort tid.

Forskjellen mellom solid-state-batterier og tradisjonelle flytende litium-ion-batterier er at faste elektrolytter brukes i stedet for elektrolytter og separatorer. Det er ikke nødvendig å bruke litium-interkalerte grafittanoder. I stedet brukes metalllitium som anode, noe som reduserer antallet anodematerialer. Strømbatterier med høyere kroppsenergitetthet (>350Wh/kg) og lengre levetid (>5000 sykluser), samt spesielle funksjoner (som fleksibilitet) og andre krav.

De nye systembatteriene inkluderer solid-state-batterier, litiumstrømbatterier og metall-luft-batterier. De tre solid-state batteriene har sine fordeler. Polymerelektrolytter er organiske elektrolytter, og oksider og sulfider er uorganiske keramiske elektrolytter.

Ser vi på de globale solid-state batteriselskapene, er det oppstartsbedrifter, og det er også internasjonale produsenter. Selskapene er alene i elektrolyttsystemet med ulik oppfatning, og det er ingen trend med teknologiflyt eller integrasjon. For tiden er noen tekniske ruter nær forholdene for industrialisering, og veien til automatisering av solid-state batterier har vært i gang.

Europeiske og amerikanske selskaper foretrekker polymer- og oksidsystemer. Det franske selskapet Bolloré tok ledelsen i kommersialiseringen av polymerbaserte solid-state batterier. I desember 2011 gikk dets elektriske kjøretøy drevet av 30kwh solid-state polymerbatterier + elektriske dobbeltlags kondensatorer inn på delte bilmarkedet, som var første gang i verden. Kommersielle solid-state batterier for elbiler.

Sakti3, en produsent av tynnfilmoksid-solid-state batterier, ble kjøpt opp av den britiske husholdningsapparatgiganten Dyson i 2015. Det er underlagt kostnadene ved fremstilling av tynnfilm og vanskeligheten med storskalaproduksjon, og det har ikke vært noen masse produksjonsprodukt i lang tid.

Maxwells plan for solid-state batterier er å gå inn på småbatterimarkedet først, masseprodusere dem i 2020 og bruke dem innen energilagring i 2022. Av hensyn til rask kommersiell bruk kan Maxwell først vurdere å prøve semi- solide batterier på kort sikt. Likevel er halvsolide batterier dyrere og brukes først og fremst i spesielle etterspørselsfelt, noe som gjør storskala applikasjoner vanskelig.

Ikke-tynne filmoksidprodukter har utmerket total ytelse og er for tiden populære i utvikling. Både Taiwan Huineng og Jiangsu Qingdao er kjente spillere på denne banen.

Japanske og koreanske selskaper er mer forpliktet til å løse industrialiseringsproblemene til sulfidsystemet. Representative selskaper som Toyota og Samsung har fremskyndet utrullingen. Sulfid faststoffbatterier (litium-svovelbatterier) har kolossalt utviklingspotensial på grunn av deres høye energitetthet og lave kostnader. Blant dem er Toyotas teknologi den mest avanserte. Den ga ut demobatterier på amperenivå og elektrokjemisk ytelse. Samtidig brukte de også LGPS med høyere romtemperaturledningsevne som elektrolytt for å klargjøre en større batteripakke.

Japan har lansert et landsomfattende forsknings- og utviklingsprogram. Den mest lovende alliansen er Toyota og Panasonic (Toyota har nesten 300 ingeniører involvert i utviklingen av solid-state batterier). Den sa at den ville kommersialisere solid-state-batterier innen fem år.

Kommersialiseringsplanen for all-solid-state-batterier utviklet av Toyota og NEDO begynner med å utvikle hel-solid-state-batterier (førstegenerasjonsbatterier) ved bruk av eksisterende LIB positive og skadelige materialer. Etter det vil den bruke nye positive og negative materialer for å øke energitettheten (neste generasjons batterier). Toyota forventes å produsere prototyper av solid-state elektriske kjøretøy i 2022, og det vil bruke solid state-batterier i enkelte modeller i 2025. I 2030 kan energitettheten nå 500Wh/kg for å oppnå masseproduksjonsapplikasjoner.

Fra patentperspektivet, blant de 20 beste patentsøkerne for solid-state litiumbatterier, sto japanske selskaper for 11. Toyota søkte om flest, og nådde 1,709, 2.2 ganger det andre Panasonic. De 10 beste selskapene er alle japanske og sørkoreanske, inkludert 8 i Japan og 2 i Sør-Korea.

Fra patenthaveres globale patentoppsett er Japan, USA, Kina, Sør-Korea og Europa nøkkellandene eller regionene. I tillegg til lokale søknader har Toyota det største antallet søknader i USA og Kina, og står for henholdsvis 14.7 % og 12.9 % av de totale patentsøknadene.

Industrialiseringen av solid-state batterier i mitt land er også under konstant leting. I henhold til Kinas tekniske ruteplan, i 2020, vil det gradvis realisere solid elektrolytt, syntese av katodematerialer med høy spesifikk energi og tredimensjonal rammestruktur av litiumlegering konstruksjonsteknologi. Den vil gjenkjenne 300Wh/kg liten kapasitet enkelt batteriprøveproduksjon. I 2025 vil solid-state batterigrensesnittkontrollteknologi realisere 400Wh/kg stor kapasitet enkelt batteriprøve og gruppeteknologi. Det forventes at solid-state-batterier og litium-svovel-batterier kan masseproduseres og markedsføres i 2030.

Neste generasjons batterier i IPO-innsamlingsprosjektet til CATL inkluderer solid-state-batterier. I følge NE Times-rapporter forventer CATL å oppnå masseproduksjon av solid-state-batterier innen minst 2025.

I det hele tatt er polymersystemteknologien den mest modne, og det første produktet på EV-nivå er født. Dens konseptuelle og fremtidsrettede natur har utløst akselerasjonen av investeringer i forskning og utvikling av sentkommere, men den øvre grensen for ytelse begrenser veksten, og blanding med uorganiske faste elektrolytter vil være en mulig løsning i fremtiden; oksidasjon; I materialsystemet er utviklingen av tynnfilmstyper fokusert på kapasitetsutvidelse og storskala produksjon, og den generelle ytelsen til ikke-filmtyper er bedre, som er fokus for nåværende forskning og utvikling; sulfid-systemet er det mest lovende solid-state-batterisystemet innen elektriske kjøretøy, men i en polarisert situasjon med stort rom for vekst og umoden teknologi, er løsning av sikkerhetsproblemer og grensesnittproblemer fremtidens fokus.

Utfordringene for solid state-batterier inkluderer hovedsakelig:

• Redusere kostnader.
• Forbedring av sikkerheten til faste elektrolytter.
• Opprettholde kontakt mellom elektroder og elektrolytter under lading og utlading.

Litium-svovelbatterier, litium-luft og andre systemer må erstatte hele batteristrukturen, og det er flere og flere betydelige problemer. De positive og negative elektrodene til solid-state-batterier kan fortsette å bruke det nåværende systemet, og vanskeligheten med å realisere er relativt liten. Som neste generasjons batteriteknologi har solid-state-batterier høyere sikkerhet og energitetthet og vil bli den eneste måten i post-litium-tiden.