Egoera solidoko bateriak: hurrengo belaunaldiko bateriaren ibilbidea

Egoera solidoko bateriak: hurrengo belaunaldiko bateriaren ibilbidea

Maiatzaren 14an, "The Korea Times" eta beste hedabide batzuen arabera, Samsung-ek Hyundairekin lankidetzan aritzeko asmoa du ibilgailu elektrikoak garatzeko eta Hyundai ibilgailu elektrikoentzako energia bateriak eta konektatutako beste auto pieza batzuk hornitzeko. Hedabideek aurreikusten dute Samsungek eta Hyundaik laster sinatuko dutela bateriaren hornikuntzari buruzko akordio ez-loteslea. Jakinarazi dutenez, Samsung-ek bere azken egoera solidoko bateria aurkeztu zion Hyundairi.

Samsung-en arabera, bere prototipoaren bateria guztiz kargatuta dagoenean, auto elektriko bati aldi berean 800 kilometro baino gehiago ibiltzeko aukera eman diezaioke, bateriaren iraupena 1,000 aldiz baino gehiagoko zikloarekin. Bere bolumena edukiera bereko litio-ioizko bateria bat baino %50 txikiagoa da. Hori dela eta, egoera solidoko bateriak ibilgailu elektrikoentzako potentziarako bateriarik egokienak direla kontsideratzen da datozen hamar urteetan.

2020ko martxoaren hasieran, Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) eta Samsung Research Center of Japan (SRJ) "High-energy long-cycling all-solid-state lithium metal baterias enabled by silver" argitaratu zuten "Nature Energy" aldizkarian. -Karbonozko anodo konposatuak"-ek bere azken garapena aurkeztu zuen egoera solidoko baterien alorrean.

Bateria honek elektrolito solido bat erabiltzen du, tenperatura altuetan sukoia ez dena eta litio-dendriten hazkuntza ere galarazi dezake zulatu-zirkuitu laburrak saihesteko. Horrez gain, zilar-karbonoa (Ag-C) geruza konposatua erabiltzen du anodo gisa, eta horrek energia-dentsitatea 900Wh/L-ra igo dezake, 1000 ziklo baino gehiagoko ziklo-bizitza luzea du eta oso eraginkortasun coulombikoa (karga). eta isurketaren eraginkortasuna) % 99.8koa. Ordainketa bakar baten ondoren bateria gidatzen du. Autoak 800 kilometro egin zituen.

Hala ere, artikulua argitaratu duten SAIT eta SRJ ikerketa zientifikoko erakundeak dira Samsung SDI, teknologian zentratzen dena. Artikuluak bateria berriaren printzipioa, egitura eta errendimendua besterik ez ditu argitzen. Bateria laborategiko fasean dagoela eta epe laburrean masiboki ekoiztea zaila izango dela uste da.

Egoera solidoko baterien eta litio-ioizko bateria likido tradizionalen arteko aldea elektrolito eta bereizgailuen ordez elektrolito solidoak erabiltzen direla da. Ez da beharrezkoa litioaren arteko grafitozko anodoak erabiltzea. Horren ordez, metalezko litioa erabiltzen da anodo gisa, eta horrek anodo-materialen kopurua murrizten du. Elikatu gorputzeko energia-dentsitate handiagoa (>350Wh/kg) eta bizitza luzeagoa (>5000 ziklo) duten bateriak, baita funtzio bereziak (adibidez, malgutasuna) eta beste eskakizun batzuk ere.

Sistema berriko bateriak egoera solidoko bateriak, litio-fluxuko bateriak eta metal-airezko bateriak dira. Egoera solidoko hiru pilek beren abantailak dituzte. Polimeroak elektrolitoak elektrolito organikoak dira, eta oxidoak eta sulfuroak zeramikazko elektrolito ez-organikoak.

Egoera solidoko baterien konpaini globalei erreparatuta, hasiberriak daude, eta nazioarteko fabrikatzaileak ere badaude. Enpresak bakarrik daude elektrolito-sisteman sinesmen ezberdinekin, eta ez dago teknologia-fluxuaren edo integrazioaren joerarik. Gaur egun, bide tekniko batzuk industrializazioaren baldintzetatik hurbil daude, eta egoera solidoko baterien automatizaziorako bidea martxan dago.

Europako eta Amerikako enpresek polimero eta oxido sistemak nahiago dituzte. Bolloré konpainia frantsesak lidergoa hartu zuen polimeroetan oinarritutako egoera solidoko bateriak merkaturatzen. 2011ko abenduan, 30kwh egoera solidoko polimerozko pilekin + geruza biko kondentsadore elektrikoekin elikatzen diren ibilgailu elektrikoak auto partekatuen merkatuan sartu ziren, munduan lehen aldiz. EVetarako egoera solidoko bateria komertzialak.

Sakti3, film meheko oxidozko egoera solidoko bateria fabrikatzailea, Dyson etxetresna elektrikoen erraldoi britainiarrak erosi zuen 2015ean. Film meheak prestatzeko kostuaren eta eskala handiko ekoizpenaren zailtasunaren mende dago, eta ez da masarik egon. ekoizpen produktua denbora luzez.

Maxwell-ek egoera solidoko baterien plana lehenik bateria txikien merkatuan sartzea da, 2020an masiboki ekoiztea eta 2022an energia biltegiratzeko alorrean erabiltzea. bateria solidoak epe laburrean. Hala ere, bateria erdi solidoak garestiagoak dira eta batez ere eskaera-eremu jakinetan erabiltzen dira, eskala handiko aplikazioak zailduz.

Film mehekoak ez diren oxido produktuek errendimendu orokor bikaina dute eta gaur egun garapenean ezagunak dira. Taiwan Huineng eta Jiangsu Qingdao jokalari ezagunak dira pista honetan.

Japoniako eta Koreako enpresek konpromiso handiagoa dute sulfuro-sistemaren industrializazio-arazoak konpontzeko. Toyota eta Samsung bezalako enpresa ordezkariek hedapena bizkortu dute. Sulfurozko egoera solidoko pilek (litio-sufrezko pilak) garapen-potentzial izugarria dute energia-dentsitate handiagatik eta kostu baxuagatik. Horien artean, Toyotaren teknologia da aurreratuena. Ampere-mailako Demo bateriak eta errendimendu elektrokimikoak kaleratu zituen. Aldi berean, giro-tenperaturako eroankortasun handiagoko LGPS ere erabili zuten elektrolito gisa bateria handiago bat prestatzeko.

Japoniak nazio mailako ikerketa eta garapen programa bat jarri du martxan. Itxaropentsuena den aliantza Toyota eta Panasonic da (Toyotak ia 300 ingeniari ditu egoera solidoko bateriak garatzen). Bost urteko epean egoera solidoko bateriak merkaturatuko zituela esan zuen.

Toyotak eta NEDOk garatutako egoera solidoko baterien komertzializazio-plana egoera solidoko bateriak (lehen belaunaldiko bateriak) garatzen hasten da, lehendik dagoen LIB material alai eta kaltegarriak erabiliz. Horren ostean, material positibo eta negatibo berriak erabiliko ditu energia-dentsitatea handitzeko (hurrengo belaunaldiko bateriak). Toyotak 2022an egoera solidoko ibilgailu elektrikoen prototipoak ekoiztea espero da, eta 2025ean egoera solidoko bateriak erabiliko ditu modelo batzuetan. 2030ean, energia-dentsitatea 500Wh/kg-ra irits daiteke ekoizpen masiboko aplikazioak lortzeko.

Patenteen ikuspuntutik, egoera solidoko litiozko baterien 20 patente eskatzaile nagusien artean, Japoniako konpainiak 11 izan ziren. Toyotak egin zuen eskaera gehien, 1,709ra iritsi zen, bigarren Panasonic baino 2.2 aldiz. 10 konpainia nagusiak japoniarrak eta hegokorearrak dira, Japoniako 8 barne eta Hego Koreako 2.

Patentedunen patente globalaren ikuspegitik, Japonia, Estatu Batuak, Txina, Hego Korea eta Europa dira herrialde edo eskualde nagusiak. Tokiko aplikazioez gain, Toyotak Estatu Batuetan eta Txinan ditu aplikazio kopururik esanguratsuenak, patenteen eskaera guztien %14.7 eta %12.9, hurrenez hurren.

Nire herrialdean egoera solidoko baterien industrializazioa ere etengabe aztertzen ari da. Txinako ibilbide teknikoaren planaren arabera, 2020an, pixkanaka elektrolito solidoa, energia espezifiko handiko katodoaren materialaren sintesia eta hiru dimentsioko egitura egitura litio aleazioen teknologia gauzatuko dira. 300Wh/kg ahalmen txikiko bateria bakarreko laginaren fabrikazioa aitortuko du. 2025ean, egoera solidoko bateriaren interfazearen kontrol-teknologiak 400Wh/kg-ko edukiera handiko bateria bakarreko lagin eta talde-teknologia izango du. 2030ean egoera solidoko bateriak eta litio-sufrezko bateriak masiboki ekoitzi eta sustatu ahal izango direla espero da.

CATL-ren IPO diru bilketa proiektuko hurrengo belaunaldiko pilek egoera solidoko pilak dituzte. NE Times-en txostenen arabera, CATLek 2025erako gutxienez egoera solidoko baterien ekoizpen masiboa lortzea espero du.

Oro har, polimero-sistemaren teknologia helduena da, eta EV mailako lehen produktua jaio da. Bere izaera kontzeptualak eta aurrera begirakoak ikerkuntzan eta garapenean inbertsioak bizkortzea eragin du berandu etorritakoek, baina errendimenduaren goiko mugak hazkundea mugatzen du, eta elektrolito solido ez-organikoekin konposatzea irtenbide posible bat izango da etorkizunean; oxidazioa; Material-sisteman, film mehe-moten garapena ahalmenaren hedapenean eta eskala handiko ekoizpenean oinarritzen da, eta filma ez diren moten errendimendu orokorra hobea da, egungo ikerketa eta garapenaren ardatza; sulfuro-sistema ibilgailu elektrikoen alorrean egoera solidoko bateria-sistemarik itxaropentsuena da, baina hazteko eta heldugabeko teknologia duen egoera polarizatu batean, segurtasun-arazoak eta interfaze-arazoak konpontzea da etorkizuneko ardatza.

Egoera solidoko bateriek dituzten erronk, batez ere, hauek dira:

• Kostuak murriztea.
• Elektrolito solidoen segurtasuna hobetzea.
• Elektrodoen eta elektrolitoen arteko kontaktua mantentzea kargatzen eta deskargatzean.

Litio-sufrezko bateriak, litio-aireak eta beste sistemek bateriaren egitura osoa ordezkatu behar dute, eta gero eta arazo nabarmenagoak daude. Egoera solidoko baterien elektrodo positibo eta negatiboek egungo sistema erabiltzen jarraitu dezakete, eta gauzatzeko zailtasuna nahiko txikia da. Hurrengo belaunaldiko bateria-teknologia gisa, egoera solidoko bateriak segurtasun eta energia-dentsitate handiagoak dituzte eta bide bakarra bihurtuko dira litioaren osteko garaian.