By hoppt
Твердотельные аккумуляторы: путь аккумуляторов следующего поколения
14 мая, согласно «The Korea Times» и другим сообщениям СМИ, Samsung планирует сотрудничать с Hyundai в разработке электромобилей и предоставлении аккумуляторов и других подключенных автомобильных запчастей для электромобилей Hyundai. СМИ предсказывают, что Samsung и Hyundai вскоре подпишут необязательный меморандум о взаимопонимании по поставкам аккумуляторов. Сообщается, что Samsung представила Hyundai свой новейший твердотельный аккумулятор.
По словам Samsung, когда его прототип батареи полностью заряжен, он может позволить электромобилю проехать более 800 километров за раз, а срок службы батареи составляет более 1,000 раз. Его объем на 50% меньше, чем у литий-ионного аккумулятора такой же емкости. По этой причине твердотельные батареи считаются наиболее подходящими батареями для электромобилей в ближайшие десять лет.
В начале марта 2020 года Институт перспективных исследований Samsung (SAIT) и Японский исследовательский центр Samsung (SRJ) опубликовали статью «Высокоэнергетические полностью твердотельные литий-металлические батареи с длительным циклом работы на основе серебра» в журнале Nature Energy. -Углеродные композитные аноды» представила свою последнюю разработку в области твердотельных аккумуляторов.
В этой батарее используется твердый электролит, который не воспламеняется при высоких температурах, а также может препятствовать росту литиевых дендритов, чтобы избежать короткого замыкания. Кроме того, в качестве анода в нем используется композитный слой серебро-углерод (Ag-C), который может увеличить плотность энергии до 900 Втч/л, имеет длительный срок службы более 1000 циклов и очень высокую кулоновскую эффективность (заряд и эффективность разряда) 99.8%. Он может управлять батареей после разовой оплаты. Машина проехала 800 км.
Тем не менее, SAIT и SRJ, опубликовавшие статью, являются научно-исследовательскими учреждениями, а не Samsung SDI, которая занимается технологиями. В статье только разъясняются принцип, структура и производительность новой батареи. Предварительно считается, что батарея все еще находится в лабораторной стадии, и ее будет сложно запустить в массовое производство в короткие сроки.
Отличие твердотельных батарей от традиционных жидких литий-ионных заключается в том, что вместо электролитов и сепараторов используются твердые электролиты. Нет необходимости использовать графитовые аноды с интеркалированным литием. Вместо этого в качестве анода используется металлический литий, что уменьшает количество анодных материалов. Батареи питания с более высокой плотностью энергии тела (> 350 Втч / кг) и более длительным сроком службы (> 5000 циклов), а также специальные функции (например, гибкость) и другие требования.
Аккумуляторы новой системы включают твердотельные батареи, проточные литиевые батареи и металло-воздушные батареи. У трех твердотельных аккумуляторов есть свои преимущества. Полимерные электролиты — это органические электролиты, а оксиды и сульфиды — неорганические керамические электролиты.
Глядя на глобальные компании по производству твердотельных аккумуляторов, можно увидеть стартапы, а также международные производители. Компании одиноки в системе электролитов с разными убеждениями, и нет тенденции к технологическому потоку или интеграции. В настоящее время некоторые технические пути близки к условиям индустриализации, и путь к автоматизации твердотельных аккумуляторов проложен.
Европейские и американские компании отдают предпочтение полимерным и оксидным системам. Французская компания Bolloré взяла на себя инициативу по коммерциализации твердотельных аккумуляторов на полимерной основе. В декабре 2011 года ее электромобили, работающие на твердотельных полимерных батареях мощностью 30 кВтч + электрические двухслойные конденсаторы, впервые в мире вышли на рынок общих автомобилей. Коммерческие твердотельные аккумуляторы для электромобилей.
Sakti3, производитель тонкопленочных оксидных твердотельных батарей, был приобретен британским гигантом бытовой техники Dyson в 2015 году. продукт производства в течение длительного времени.
План Максвелла в отношении твердотельных батарей состоит в том, чтобы сначала выйти на рынок небольших батарей, начать их массовое производство в 2020 году и использовать их в области накопления энергии в 2022 году. Ради быстрого коммерческого применения Максвелл может сначала рассмотреть возможность попробовать полу- твердые батареи в краткосрочной перспективе. Тем не менее, полутвердые батареи дороже и в основном используются в определенных областях спроса, что затрудняет крупномасштабное применение.
Нетонкопленочные оксидные продукты имеют отличные общие характеристики и в настоящее время популярны в разработке. И Taiwan Huineng, и Jiangsu Qingdao хорошо известны на этом треке.
Японские и корейские компании больше привержены решению проблем индустриализации сульфидной системы. Представительные компании, такие как Toyota и Samsung, ускорили их развертывание. Сульфидные твердотельные аккумуляторы (литий-серные аккумуляторы) имеют колоссальный потенциал развития благодаря высокой энергоемкости и низкой стоимости. Среди них технология Toyota является самой передовой. Она выпустила демонстрационные аккумуляторы с амперным разрядом и электрохимическими характеристиками. В то же время они также использовали LGPS с более высокой проводимостью при комнатной температуре в качестве электролита для изготовления аккумуляторной батареи большего размера.
Япония запустила общенациональную программу исследований и разработок. Наиболее многообещающим является альянс Toyota и Panasonic (в Toyota около 300 инженеров занимаются разработкой твердотельных аккумуляторов). Компания заявила, что начнет коммерциализацию твердотельных батарей в течение пяти лет.
План коммерциализации полностью твердотельных аккумуляторов, разработанных Toyota и NEDO, начинается с разработки полностью твердотельных аккумуляторов (батареи первого поколения) с использованием существующих LIB оптимистичных и вредных материалов. После этого он будет использовать новые положительные и отрицательные материалы для увеличения плотности энергии (батареи следующего поколения). Ожидается, что Toyota выпустит прототипы твердотельных электромобилей в 2022 году, а в 2025 году она будет использовать твердотельные батареи в некоторых моделях. В 2030 году плотность энергии может достичь 500 Втч/кг для массового производства.
С точки зрения патентов, среди 20 ведущих патентных заявителей на твердотельные литиевые батареи 11 японских компаний. Все 1,709 крупнейших компаний — японские и южнокорейские, в том числе 2.2 в Японии и 10 в Южной Корее.
С точки зрения глобальной патентной структуры патентообладателей Япония, США, Китай, Южная Корея и Европа являются ключевыми странами или регионами. Помимо местных заявок, Toyota имеет наибольшее количество заявок в США и Китае, на которые приходится 14.7% и 12.9% от общего числа патентных заявок соответственно.
Индустриализация твердотельных батарей в моей стране также находится в постоянном поиске. Согласно плану технического маршрута Китая, в 2020 году он будет постепенно реализовывать твердый электролит, синтез катодного материала с высокой удельной энергией и технологию изготовления литиевого сплава с трехмерной каркасной структурой. Он будет распознавать производство отдельных образцов аккумуляторов малой емкости на 300 Втч/кг. В 2025 году технология управления интерфейсом твердотельных батарей будет реализовывать технологию выборки и группы батарей большой емкости 400 Втч / кг. Ожидается, что твердотельные батареи и литий-серные батареи можно будет производить и продвигать в массовом порядке в 2030 году.
Аккумуляторы следующего поколения в проекте по сбору средств IPO CATL включают твердотельные батареи. Согласно сообщениям NE Times, CATL рассчитывает наладить массовое производство твердотельных аккумуляторов как минимум к 2025 году.
В целом технология полимерных систем является наиболее зрелой, и рождается первый продукт уровня EV. Его концептуальный и дальновидный характер вызвал ускорение инвестиций в исследования и разработки со стороны опоздавших, но верхний предел производительности ограничивает рост, и возможное решение в будущем – компаундирование с неорганическими твердыми электролитами; окисление; В системе материалов разработка тонкопленочных типов ориентирована на расширение мощностей и крупномасштабное производство, а общая производительность непленочных типов лучше, что находится в центре внимания текущих исследований и разработок; сульфидная система является наиболее многообещающей системой твердотельных аккумуляторов в области электромобилей, но в поляризованной ситуации с огромным пространством для роста и незрелыми технологиями решение проблем безопасности и проблем с интерфейсом находится в центре внимания будущего.
Проблемы, с которыми сталкиваются твердотельные батареи, в основном включают:
Литий-серные батареи, литий-воздушные и другие системы нуждаются в замене всего каркаса конструкции батареи, и проблем становится все больше и больше. Положительные и отрицательные электроды твердотельных батарей могут продолжать использовать текущую систему, и сложность реализации относительно невелика. Как аккумуляторная технология следующего поколения, твердотельные аккумуляторы обладают более высокой безопасностью и плотностью энергии и станут единственным способом в постлитиевую эпоху.
ответ в течение 6 часов, любые вопросы приветствуются!
