Kietojo kūno akumuliatoriai: naujos kartos akumuliatorių kelias

Kietojo kūno akumuliatoriai: naujos kartos akumuliatorių kelias

Gegužės 14 d., remiantis „The Korea Times“ ir kitais žiniasklaidos pranešimais, „Samsung“ planuoja bendradarbiauti su „Hyundai“, kurdama elektromobilius ir tiekdama maitinimo baterijas bei kitas prijungtas automobilių dalis „Hyundai“ elektrinėms transporto priemonėms. Žiniasklaida prognozuoja, kad „Samsung“ ir „Hyundai“ netrukus pasirašys neįpareigojantį susitarimo memorandumą dėl baterijų tiekimo. Pranešama, kad „Samsung“ pristatė savo naujausią kietojo kūno bateriją „Hyundai“.

„Samsung“ teigimu, kai jo prototipas akumuliatorius yra visiškai įkrautas, jis gali leisti elektromobiliui vienu metu nuvažiuoti daugiau nei 800 kilometrų, o akumuliatoriaus veikimo trukmė yra daugiau nei 1,000 kartų. Jo tūris yra 50% mažesnis nei tokios pat talpos ličio jonų akumuliatoriaus. Dėl šios priežasties kietojo kūno akumuliatoriai laikomi tinkamiausiais elektros transporto priemonių maitinimo akumuliatoriais per ateinančius dešimt metų.

2020 m. kovo pradžioje „Samsung Institute for Advanced Study“ (SAIT) ir „Samsung Research Center of Japan“ (SRJ) žurnale „Nature Energy“ paskelbė „Didelės energijos ilgai veikiančias kietojo kūno ličio metalo baterijas, kurias įgalina sidabras“. -Anglies kompozitiniai anodai“ pristatė savo naujausią plėtrą kietojo kūno baterijų srityje.

Šiame akumuliatoriuje naudojamas kietas elektrolitas, kuris nėra degus aukštoje temperatūroje ir taip pat gali slopinti ličio dendritų augimą, kad būtų išvengta trumpojo jungimo. Be to, jame kaip anodas naudojamas sidabro ir anglies (Ag-C) kompozitinis sluoksnis, kuris gali padidinti energijos tankį iki 900 Wh/L, turi ilgą ciklo tarnavimo laiką (daugiau nei 1000 ciklų) ir labai aukštą kuloninį efektyvumą (įkrovą). ir iškrovos efektyvumas) 99.8%. Jis gali vairuoti akumuliatorių po vieno mokėjimo. Automobilis nuvažiavo 800 kilometrų.

Tačiau šį dokumentą paskelbusios SAIT ir SRJ yra mokslinių tyrimų institucijos, o ne „Samsung SDI“, kuri daugiausia dėmesio skiria technologijoms. Straipsnyje tik paaiškinamas naujos baterijos principas, struktūra ir veikimas. Preliminariai sprendžiama, kad baterija vis dar yra laboratorinėje stadijoje ir per trumpą laiką bus sunku pagaminti masiškai.

Skirtumas tarp kietojo kūno baterijų ir tradicinių skystų ličio jonų akumuliatorių yra tas, kad vietoj elektrolitų ir separatorių naudojami kieti elektrolitai. Nebūtina naudoti ličio interkaluotų grafito anodų. Vietoj to kaip anodas naudojamas metalinis litis, kuris sumažina anodo medžiagų skaičių. Maitinimo akumuliatoriai su didesniu kūno energijos tankiu (>350Wh/kg) ir ilgesniu tarnavimo laiku (>5000 ciklų), taip pat specialiomis funkcijomis (pavyzdžiui, lankstumo) ir kitais reikalavimais.

Naujos sistemos baterijos apima kietojo kūno baterijas, ličio srauto baterijas ir metalo-oro baterijas. Trys kietojo kūno akumuliatoriai turi savo privalumų. Polimeriniai elektrolitai yra organiniai elektrolitai, o oksidai ir sulfidai yra neorganiniai keraminiai elektrolitai.

Žvelgiant į pasaulines kietojo kūno akumuliatorių įmones, yra startuolių, taip pat yra tarptautinių gamintojų. Bendrovės elektrolitų sistemoje yra vienos, turinčios skirtingus įsitikinimus, ir nėra technologijų srauto ar integracijos tendencijos. Šiuo metu kai kurie techniniai maršrutai yra artimi industrializacijos sąlygoms, o kelias į kietojo kūno akumuliatorių automatizavimą vyksta.

Europos ir Amerikos įmonės teikia pirmenybę polimerinėms ir oksidinėms sistemoms. Prancūzų kompanija Bolloré ėmėsi lyderio komercializuojant polimerinių kietojo kūno akumuliatorių baterijas. 2011 m. gruodį jos elektromobiliai, varomi 30 kWh kietojo kūno polimero baterijomis + elektriniais dvisluoksniais kondensatoriais, pirmą kartą pasaulyje pateko į bendrą automobilių rinką. Komercinės kietojo kūno akumuliatoriai, skirti EV.

3 m. Didžiosios Britanijos buitinės technikos milžinė „Dyson“ įsigijo plonasluoksnių oksidinių kietojo kūno baterijų gamintoją „Sakti2015“. Jai priklauso plonos plėvelės paruošimo sąnaudos ir didelio masto gamybos sunkumai, o masinės gamybos nėra. gamybos produktas ilgą laiką.

Maxwell planas dėl kietojo kūno baterijų pirmiausia įeiti į mažų baterijų rinką, masiškai jas gaminti 2020 m., o 2022 m. panaudoti energijos kaupimo srityje. Siekdamas greito komercinio pritaikymo, Maxwell pirmiausia gali apsvarstyti galimybę išbandyti pusiau kietos baterijos per trumpą laiką. Vis dėlto pusiau kietos baterijos yra brangesnės ir pirmiausia naudojamos tam tikrose paklausos srityse, todėl sunku pritaikyti plataus masto.

Ne plonos plėvelės oksido gaminiai pasižymi puikiomis bendromis savybėmis ir šiuo metu yra populiarūs kuriant. Taivanas Huinengas ir Jiangsu Qingdao yra gerai žinomi šios trasos žaidėjai.

Japonijos ir Korėjos įmonės labiau pasiryžusios spręsti sulfidų sistemos industrializacijos problemas. Atstovaujančios įmonės, tokios kaip Toyota ir Samsung, paspartino jų diegimą. Sulfidinės kietojo kūno baterijos (ličio ir sieros baterijos) turi milžinišką plėtros potencialą dėl didelio energijos tankio ir mažos kainos. Tarp jų Toyota technologija yra pažangiausia. Jis išleido amperų lygio demonstracines baterijas ir elektrocheminį veikimą. Tuo pačiu metu jie taip pat naudojo LGPS, kurio laidumas kambario temperatūroje didesnis, kaip elektrolitą, kad paruoštų didesnį akumuliatorių.

Japonija pradėjo vykdyti nacionalinę mokslinių tyrimų ir plėtros programą. Perspektyviausias aljansas yra „Toyota“ ir „Panasonic“ („Toyota“ turi beveik 300 inžinierių, kuriančių kietojo kūno baterijas). Ji teigė, kad kietojo kūno baterijas parduos per penkerius metus.

Toyota ir NEDO sukurtas kietojo kūno akumuliatorių komercializavimo planas prasideda nuo visų kietojo kūno akumuliatorių (pirmosios kartos akumuliatorių) kūrimo naudojant esamas LIB optimistines ir kenksmingas medžiagas. Po to jis naudos naujas teigiamas ir neigiamas medžiagas, kad padidintų energijos tankį (naujos kartos baterijos). Tikimasi, kad 2022 m. Toyota pagamins kietojo kūno elektrinių transporto priemonių prototipus, o 2025 m. kai kuriuose modeliuose naudos kietojo kūno baterijas. 2030 m. energijos tankis gali siekti 500 Wh/kg, kad būtų galima pritaikyti masinę gamybą.

Patentų požiūriu, tarp 20 geriausių kietojo kūno ličio baterijų patentų paraiškų teikėjų Japonijos įmonės sudarė 11. Daugiausia paraiškų pateikė Toyota – 1,709, ty 2.2 karto daugiau nei antrojo Panasonic. 10 geriausių įmonių yra Japonijos ir Pietų Korėjos, įskaitant 8 Japonijoje ir 2 Pietų Korėjoje.

Patentų turėtojų pasaulinio patentų išdėstymo požiūriu Japonija, JAV, Kinija, Pietų Korėja ir Europa yra pagrindinės šalys ar regionai. Be vietinių paraiškų, „Toyota“ turi daugiausiai paraiškų JAV ir Kinijoje – atitinkamai 14.7% ir 12.9% visų patentų paraiškų.

Kietojo kūno baterijų industrializacija mano šalyje taip pat nuolat tiriama. Pagal Kinijos techninį maršruto planą, 2020 m. ji palaipsniui įgyvendins kieto elektrolito, didelės specifinės energijos katodo medžiagų sintezę ir trimatės karkasinės struktūros ličio lydinio statybos technologiją. Jis atpažins 300 Wh/kg mažos talpos vieno baterijos pavyzdžio gamybą. 2025 m. kietojo kūno akumuliatoriaus sąsajos valdymo technologija realizuos 400 Wh/kg didelės talpos vieno akumuliatoriaus pavyzdžio ir grupės technologiją. Tikimasi, kad kietojo kūno baterijas ir ličio sieros baterijas bus galima masiškai gaminti ir reklamuoti 2030 m.

CATL IPO lėšų rinkimo projekte naujos kartos baterijos apima kietojo kūno baterijas. Remiantis NE Times pranešimais, CATL tikisi pasiekti masinę kietojo kūno baterijų gamybą bent iki 2025 m.

Apskritai polimerinės sistemos technologija yra brandžiausia ir gimsta pirmasis EV lygio produktas. Koncepcinis ir į ateitį orientuotas pobūdis paskatino paspartinti vėluojančių įmonių investicijas į mokslinius tyrimus ir plėtrą, tačiau viršutinė našumo riba riboja augimą, todėl ateityje galimas sprendimas bus maišymas su neorganiniais kietaisiais elektrolitais; oksidacija; Medžiagų sistemoje plonų plėvelių tipų kūrimas yra orientuotas į pajėgumų didinimą ir didelio masto gamybą, o bendras ne plėvelių tipų našumas yra geresnis, o tai yra dabartinių tyrimų ir plėtros dėmesys; sulfidų sistema yra perspektyviausia kietojo kūno akumuliatorių sistema elektrinių transporto priemonių srityje, tačiau esant poliarizuotoms situacijoms, kai yra daug erdvės augti ir nesubrendusios technologijos, saugumo ir sąsajos problemų sprendimas yra ateities tikslas.

Iššūkiai, su kuriais susiduria kietojo kūno akumuliatoriai, daugiausia apima:

• Išlaidų mažinimas.
• Kietųjų elektrolitų saugos gerinimas.
• Elektrodų ir elektrolitų kontakto palaikymas įkrovimo ir iškrovimo metu.

Ličio-sieros akumuliatoriai, ličio-oras ir kitos sistemos turi pakeisti visą akumuliatoriaus konstrukcijos karkasą, atsiranda vis daugiau reikšmingų problemų. Kietojo kūno baterijų teigiami ir neigiami elektrodai gali ir toliau naudoti dabartinę sistemą, o realizavimo sunkumai yra gana nedideli. Kaip naujos kartos baterijų technologija, kietojo kūno baterijos pasižymi didesniu saugumu ir energijos tankiu ir taps vieninteliu būdu po ličio eros.