Solid-state batterier: næste generations batterirute

Solid-state batterier: næste generations batterirute

Den 14. maj, ifølge "The Korea Times" og andre medierapporter, planlægger Samsung at samarbejde med Hyundai om at udvikle elektriske køretøjer og levere strømbatterier og andre tilsluttede bildele til Hyundai-elbiler. Mediet forudser, at Samsung og Hyundai snart vil underskrive et uforpligtende aftalememorandum om batteriforsyning. Det forlyder, at Samsung introducerede sit seneste solid-state batteri til Hyundai.

Ifølge Samsung kan det, når dets prototypebatteri er fuldt opladet, tillade en elbil at køre mere end 800 kilometer ad gangen med en batterilevetid på mere end 1,000 gange. Dens volumen er 50 % mindre end et lithium-ion-batteri med samme kapacitet. Af denne grund anses solid-state batterier for at være de bedst egnede strømbatterier til elektriske køretøjer i de næste ti år.

I begyndelsen af ​​marts 2020 offentliggjorde Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) og Samsung Research Center of Japan (SRJ) "High-energy long-cycling all-solid-state lithium metal batteries enabled by silver" i magasinet "Nature Energy". -Carbon composite anodes" introducerede deres seneste udvikling inden for solid-state batterier.

Dette batteri bruger en fast elektrolyt, som ikke er brandfarlig ved høje temperaturer og kan også hæmme væksten af ​​lithiumdendritter for at undgå punktering af kortslutninger. Derudover bruger den et sølv-carbon (Ag-C) kompositlag som anoden, som kan øge energitætheden til 900Wh/L, har en lang cykluslevetid på mere end 1000 cyklusser og en meget høj coulombisk effektivitet (opladning) og udledningseffektivitet) på 99.8 %. Det kan drive batteriet efter en enkelt betaling. Bilen kørte 800 kilometer.

SAIT og SRJ, der udgav papiret, er imidlertid videnskabelige forskningsinstitutioner snarere end Samsung SDI, som fokuserer på teknologi. Artiklen præciserer kun det nye batteris princip, struktur og ydeevne. Det er foreløbigt vurderet, at batteriet stadig er på laboratoriestadiet og vil være svært at masseproducere i løbet af kort tid.

Forskellen mellem solid state-batterier og traditionelle flydende lithium-ion-batterier er, at der bruges faste elektrolytter i stedet for elektrolytter og separatorer. Det er ikke nødvendigt at bruge lithium-interkalerede grafitanoder. I stedet bruges metallithium som anode, hvilket reducerer antallet af anodematerialer. Strømbatterier med højere kropsenergitæthed (>350Wh/kg) og længere levetid (>5000 cyklusser), samt specielle funktioner (såsom fleksibilitet) og andre krav.

De nye systembatterier inkluderer solid-state-batterier, lithium-flow-batterier og metal-luft-batterier. De tre solid-state batterier har deres fordele. Polymerelektrolytter er organiske elektrolytter, og oxider og sulfider er uorganiske keramiske elektrolytter.

Ser man på de globale solid-state batterivirksomheder, er der nystartede virksomheder, og der er også internationale producenter. Virksomhederne er alene i elektrolytsystemet med forskellige overbevisninger, og der er ingen tendens til teknologiflow eller integration. På nuværende tidspunkt er nogle tekniske ruter tæt på industrialiseringens betingelser, og vejen til automatisering af solid-state batterier har været i gang.

Europæiske og amerikanske virksomheder foretrækker polymer- og oxidsystemer. Det franske firma Bolloré tog føringen med at kommercialisere polymer-baserede solid-state batterier. I december 2011 kom dets elektriske køretøjer drevet af 30kwh solid-state polymerbatterier + elektriske dobbeltlagskondensatorer ind på markedet for delte biler, hvilket var første gang i verden. Kommercielle solid-state batterier til elbiler.

Sakti3, en producent af tyndfilmoxid-solid-state batterier, blev opkøbt af den britiske husholdningsgigant Dyson i 2015. Det er underlagt omkostningerne ved fremstilling af tyndfilm og vanskeligheden ved storskalaproduktion, og der har ikke været nogen masse produktionsprodukt i lang tid.

Maxwells plan for solid-state batterier er først at komme ind på markedet for små batterier, masseproducere dem i 2020 og bruge dem inden for energilagring i 2022. Af hensyn til hurtig kommerciel anvendelse kan Maxwell måske først overveje at prøve semi- solide batterier på kort sigt. Alligevel er halvfaste batterier dyrere og bruges primært i særlige efterspørgselsområder, hvilket gør store applikationer vanskelige.

Ikke-tyndfilmsoxidprodukter har fremragende generel ydeevne og er i øjeblikket populære under udvikling. Både Taiwan Huineng og Jiangsu Qingdao er velkendte spillere på dette spor.

Japanske og koreanske virksomheder er mere engagerede i at løse industrialiseringsproblemerne i sulfidsystemet. Repræsentative virksomheder som Toyota og Samsung har fremskyndet deres implementering. Sulfid solid-state batterier (lithium-svovl batterier) har kolossalt udviklingspotentiale på grund af deres høje energitæthed og lave omkostninger. Blandt dem er Toyotas teknologi den mest avancerede. Det udgav demobatterier på ampereniveau og elektrokemisk ydeevne. Samtidig brugte de også LGPS med højere ledningsevne ved stuetemperatur som elektrolyt til at forberede en større batteripakke.

Japan har lanceret et landsdækkende forsknings- og udviklingsprogram. Den mest lovende alliance er Toyota og Panasonic (Toyota har næsten 300 ingeniører involveret i at udvikle solid-state batterier). Det sagde, at det ville kommercialisere solid-state batterier inden for fem år.

Kommercialiseringsplanen for hel-solid-state-batterier udviklet af Toyota og NEDO begynder med at udvikle all-solid-state-batterier (første generations batterier) ved hjælp af eksisterende LIB optimistiske og skadelige materialer. Derefter vil den bruge nye positive og negative materialer til at øge energitætheden (næste generations batterier). Toyota forventes at producere prototyper af solid-state elektriske køretøjer i 2022, og det vil bruge solid state-batterier i nogle modeller i 2025. I 2030 kan energitætheden nå 500Wh/kg for at opnå masseproduktionsapplikationer.

Set ud fra patenter, blandt de 20 bedste patentansøgere for solid-state lithium-batterier, tegnede japanske virksomheder sig for 11. Toyota ansøgte om flest og nåede 1,709, 2.2 gange så meget som det andet Panasonic. De 10 bedste virksomheder er alle japanske og sydkoreanske, herunder 8 i Japan og 2 i Sydkorea.

Set fra patenthaveres globale patentlayout er Japan, USA, Kina, Sydkorea og Europa nøglelandene eller -regionerne. Udover lokale ansøgninger har Toyota det største antal ansøgninger i USA og Kina, der tegner sig for henholdsvis 14.7 % og 12.9 % af de samlede patentansøgninger.

Industrialiseringen af ​​solid state-batterier i mit land er også under konstant udforskning. Ifølge Kinas tekniske ruteplan vil det i 2020 gradvist realisere fast elektrolyt, højspecifik energi katodematerialesyntese og tredimensionel rammestruktur af lithiumlegering konstruktionsteknologi. Det vil genkende 300Wh/kg lille kapacitet enkelt batteri prøve fremstilling. I 2025 vil solid-state batterigrænsefladekontrolteknologi realisere 400Wh/kg stor kapacitet enkelt batteriprøve og gruppeteknologi. Det forventes, at solid state-batterier og lithium-svovl-batterier kan masseproduceres og markedsføres i 2030.

Næste generations batterier i CATLs IPO-indsamlingsprojekt inkluderer solid-state batterier. Ifølge NE Times-rapporter forventer CATL at opnå masseproduktion af solid-state-batterier i mindst 2025.

I det hele taget er polymersystemteknologien den mest modne, og det første produkt på EV-niveau er født. Dens konceptuelle og fremadrettede karakter har udløst accelerationen af ​​investeringer i forskning og udvikling af efternølere, men den øvre grænse for ydeevne begrænser væksten, og blanding med uorganiske faste elektrolytter vil være en mulig løsning i fremtiden; oxidation; I materialesystemet er udviklingen af ​​tyndfilmstyper fokuseret på kapacitetsudvidelse og storskalaproduktion, og den overordnede ydeevne af ikke-filmtyper er bedre, hvilket er fokus for den nuværende forskning og udvikling; sulfidsystem er det mest lovende solid-state batterisystem inden for elektriske køretøjer, men i en polariseret situation med massiv plads til vækst og umoden teknologi er løsning af sikkerhedsproblemer og grænsefladeproblemer fremtidens fokus.

Udfordringerne for solid-state batterier omfatter hovedsageligt:

• Reduktion af omkostninger.
• Forbedring af sikkerheden ved faste elektrolytter.
• Opretholdelse af kontakt mellem elektroder og elektrolytter under op- og afladning.

Lithium-svovl-batterier, lithium-luft og andre systemer skal erstatte hele batteristrukturens ramme, og der er flere og flere betydelige problemer. De positive og negative elektroder på solid-state batterier kan fortsætte med at bruge det nuværende system, og vanskeligheden ved at realisere er relativt lille. Som næste generations batteriteknologi har solid state-batterier højere sikkerhed og energitæthed og vil blive den eneste måde i post-lithium-æraen.