Катуу абалдагы батарейкалар: кийинки муундагы батареянын маршруту

Катуу абалдагы батарейкалар: кийинки муундагы батареянын маршруту

14-майда, "The Korea Times" жана башка ЖМКлардын маалыматына караганда, Samsung Hyundai менен электр унааларын иштеп чыгуу жана Hyundai электромобилдери үчүн электр батарейкалары жана башка туташтырылган унаа тетиктерин камсыздоо боюнча кызматташууну пландаштырууда. ЖМКлар Samsung менен Hyundai жакын арада аккумулятор менен камсыздоо боюнча өз ара түшүнүшүү боюнча милдеттүү эмес меморандумга кол коюшат деп болжолдошууда. Маалым болгондой, Samsung Hyundai компаниясына өзүнүн эң акыркы катуу абалдагы аккумуляторун сунуштады.

Самсунгдун айтымында, анын прототиби аккумулятору толук кубатталганда, ал электромобилге бир убакта 800 километрден ашык жол жүрүүгө мүмкүндүк берет, батареянын иштөө мөөнөтү 1,000 эседен ашат. Анын көлөмү бирдей кубаттуулуктагы литий-иондук аккумулятордон 50% кичине. Ушул себептен улам, катуу абалдагы аккумуляторлор жакынкы он жылда электр унаалары үчүн эң ылайыктуу кубаттуу батареялар болуп эсептелет.

2020-жылдын март айынын башында Samsung Advanced Study институту (SAIT) жана Жапониянын Samsung Изилдөө борбору (SRJ) "Nature Energy" журналында "Күмүш менен иштетилген жогорку энергиялуу узак циклдүү катуу абалдагы литий-металл батарейкаларды" жарыялады. -Көмүртектүү композит аноддору» катуу абалдагы аккумуляторлор тармагындагы акыркы иштеп чыгууларды киргизди.

Бул батарея катуу электролиттерди колдонот, ал жогорку температурада күйүүчү эмес жана ошондой эле тешилүүчү кыска туташууларды болтурбоо үчүн литий дендриттеринин өсүшүнө тоскоол болот. Мындан тышкары, анод катары күмүш-көмүртек (Ag-C) композиттик катмарын колдонот, ал энергиянын тыгыздыгын 900 Вт саат/лге чейин жогорулата алат, 1000 циклден ашкан узак циклге ээ жана өтө жогорку кулондук эффективдүүлүккө ээ (заряд). жана разряддын эффективдуулугу) 99.8%. Ал бир төлөмдөн кийин батареяны айдай алат. Машина 800 километр жол журду.

Бирок, макаланы чыгарган SAIT жана SRJ технологияга басым жасаган Samsung SDI эмес, илимий изилдөө институттары. Макалада жаңы батареянын принциби, түзүлүшү жана иштеши гана такталат. Алдын ала божомолдор боюнча, аккумулятор дагы эле лабораториялык стадияда жана кыска мөөнөттүн ичинде массалык түрдө чыгаруу кыйын болот.

Катуу абалдагы батареялардын салттуу суюк литий-иондук батарейкалардан айырмасы электролиттер менен сепараторлордун ордуна катуу электролиттер колдонулат. Литий-интеркалацияланган графит аноддорун колдонуунун кереги жок. Анын ордуна анод катары металл литий колдонулат, аноддук материалдардын санын азайтат. Дененин энергия тыгыздыгы (>350Wh/kg) жана узак иштөө мөөнөтү (>5000 цикл), ошондой эле атайын функциялар (мисалы, ийкемдүүлүк) жана башка талаптар менен кубаттуу батареялар.

Жаңы системанын батарейкаларына катуу абалдагы батареялар, литий агымдуу батареялар жана металл-аба батареялары кирет. Үч катуу абалдагы батареянын артыкчылыктары бар. Полимерлердин электролиттери органикалык электролиттер, ал эми оксиддер жана сульфиддер – органикалык эмес керамикалык электролиттер.

Бүткүл дүйнөлүк катуу абалдагы аккумулятордук компанияларды карасак, стартаптар бар, ошондой эле эл аралык өндүрүүчүлөр да бар. Компаниялар ар кандай ишенимдер менен электролит системасында жалгыз, технология агымынын же интеграциянын тенденциясы жок. Хэзирки вагтда кэбир техники маршрутлар индустриализациялаш-дырмак шертлерине якынлаш-дырыляр, йыгы-йыгыдан аккумулятор-лары автоматизациялашдыр-мага ёл берлипдир.

Европалык жана америкалык компаниялар полимердик жана оксиддик системаларды артык көрүшөт. Француз компаниясы Bolloré полимердик катуу абалдагы батареяларды коммерциялаштырууда алдыңкы орунга чыкты. 2011-жылы декабрда, анын электр унаалары 30kwh катуу абалдагы полимердик батарейкалар + электрдик эки катмарлуу конденсаторлор менен иштейт, бул дүйнөдө биринчи жолу болгон жалпы унаа рыногуна кирди. EV үчүн коммерциялык катуу абалдагы батареялар.

Sakti3, ичке пленкалуу оксиддик катуу абалдагы батарейка өндүрүүчүсү, британиялык тиричилик техникасынын гиганты Дайсон тарабынан 2015-жылы сатылып алынган. Ал жука пленканы даярдоонун наркына жана масштабдуу өндүрүштүн кыйынчылыгына байланыштуу жана массалык түрдө болгон эмес. узак убакыт бою өндүрүштүк продукт.

Максвеллдин катуу абалдагы батарейкалар боюнча планы адегенде чакан батарея рыногуна кирүү, аларды 2020-жылы массалык түрдө чыгаруу жана 2022-жылы энергияны сактоо тармагында колдонуу. Тез коммерциялык колдонуу үчүн Максвелл адегенде жарым-жартылай батареяларды сынап көрүшү мүмкүн. кыска мөөнөттө катуу батареялар. Ошентсе да, жарым катуу батарейкалар кымбатыраак жана биринчи кезекте, өзгөчө суроо-талап талааларында колдонулат, бул чоң масштабдагы колдонмолорду кыйындатат.

Жука эмес оксид өнүмдөрү эң сонун жалпы көрсөткүчкө ээ жана учурда иштеп чыгууда популярдуу. Тайвань Хуиненг менен Цзянсу Циндао экөө тең бул тректеги белгилүү оюнчулар.

Жапондук жана кореялык компаниялар сульфиддик системаны индустриализациялоо проблемаларын чечүүгө көбүрөөк умтулушат. Тойота жана Самсунг сыяктуу өкүлчүлүк компаниялары жайгаштырууну тездетишти. Сульфиддик катуу абалдагы аккумуляторлор (литий-күкүрттүү батареялар) энергиянын жогорку тыгыздыгына жана арзан баасына байланыштуу зор өнүгүү потенциалына ээ. Алардын ичинен Тойота компаниясынын технологиясы эң алдыңкысы. Ал ампердик деңгээлдеги Demo батарейкаларын жана электрохимиялык көрсөткүчтөрдү чыгарды. Ошол эле учурда алар чоңураак батарейканын пакетин даярдоо үчүн электролит катары бөлмө температурасынын өткөрүмдүүлүгү жогору LGPSти да колдонушкан.

Япония жалпы улуттук изилдөө жана өнүктүрүү программасын ишке киргизди. Эң келечектүү альянс – Тойота жана Панасоник (Тойотада катуу абалдагы батареяларды иштеп чыгуу менен алектенген 300гө жакын инженер бар). Ал беш жыл ичинде катуу абалдагы батарейкаларды коммерциялаштыра турганын айтты.

Toyota жана NEDO тарабынан иштелип чыккан бардык катуу абалдагы батарейкаларды коммерциялаштыруу планы учурдагы LIB оптималдуу жана зыяндуу материалдарды колдонуу менен катуу абалдагы батарейкаларды (биринчи муундагы батарейкалар) иштеп чыгуу менен башталат. Андан кийин, ал энергиянын тыгыздыгын жогорулатуу үчүн жаңы оң жана терс материалдарды колдонот (кийинки муундагы батарейкалар). Тойота 2022-жылы катуу абалда турган электр унааларынын прототиптерин чыгарат деп күтүлүүдө, ал эми 2025-жылы кээ бир моделдеринде катуу абалдагы батарейкаларды колдонот. 2030-жылы массалык өндүрүш колдонмолоруна жетүү үчүн энергиянын тыгыздыгы 500Wh/kg жетиши мүмкүн.

Патенттердин көз карашынан алганда, катуу абалдагы литий батарейкалары үчүн эң мыкты 20 патент тапшыргандардын арасында жапон компаниялары 11ди түздү. Тойота эң көп өтүнүч келтирип, 1,709га жетип, экинчи Panasonicге караганда 2.2 эсе көп. Алдыңкы 10 компаниянын бардыгы жапондук жана түштүк кореялык, анын ичинде Японияда 8 жана Түштүк Кореяда 2 компания.

Патент ээлеринин глобалдык патенттик схемасынын көз карашынан алганда, Япония, АКШ, Кытай, Түштүк Корея жана Европа негизги өлкөлөр же аймактар ​​болуп саналат. Жергиликтүү өтүнмөлөрдөн тышкары, Тойота Кошмо Штаттарда жана Кытайда эң көп өтүнмөлөргө ээ, тиешелүүлүгүнө жараша патентке өтүнмөлөрдүн жалпы санынын 14.7% жана 12.9% түзөт.

Менин елкемде катуу батарейкаларды индустриализациялоо да тынымсыз изилденип жатат. Кытайдын техникалык маршрут планына ылайык, 2020-жылы, ал акырындык менен катуу электролит, жогорку өзгөчө энергетикалык катод материал синтези жана үч өлчөмдүү негиз структурасы литий эритмесин куруу технологиясын ишке ашырат. Ал 300Wh/kg чакан кубаттуулуктагы бир батарея үлгүсүн өндүрүүнү тааныйт. 2025-жылы катуу абалдагы батарея интерфейсин башкаруу технологиясы 400Wh / кг чоң сыйымдуулуктагы бир батарея үлгүсүн жана топтук технологияны ишке ашырат. Катуу абалдагы батареялар жана литий-күкүрттүү батареялар 2030-жылы массалык түрдө чыгарылып, жайылтылат деп күтүлүүдө.

CATL компаниясынын IPO каражат чогултуу долбоорундагы кийинки муундагы аккумуляторлор катуу абалдагы батареяларды камтыйт. NE Times маалыматына ылайык, CATL жок дегенде 2025-жылга чейин катуу абалдагы батарейкаларды массалык түрдө чыгарууну күтөт.

Жалпысынан алганда, полимердик система технологиясы эң жетилген жана биринчи EV-деңгээлдеги продукт пайда болду. Анын концептуалдык жана келечекке багытталган табияты кеч келгендер тарабынан илимий-изилдөө жана иштеп чыгууларга инвестициянын тездешине түрткү болду, бирок аткаруунун жогорку чеги өсүүнү чектейт, ал эми органикалык эмес катуу электролиттер менен аралаштыруу келечекте мүмкүн болгон чечим болуп калат; кычкылдануу; Материалдык системада жука пленкалуу типтерди иштеп чыгуу кубаттуулукту кеңейтүүгө жана масштабдуу өндүрүшкө багытталган, ал эми пленка эмес түрлөрүнүн жалпы көрсөткүчтөрү жакшыраак, бул учурдагы изилдөөлөрдүн жана иштеп чыгуулардын чордонунда; сульфиддик система электр транспорт тармагындагы эң келечектүү катуу абалдагы аккумулятордук система болуп саналат, бирок өсүү үчүн чоң бөлмө жана жетилген технология менен поляризацияланган кырдаалда коопсуздук маселелерин жана интерфейс маселелерин чечүү келечектин багыты болуп саналат.

Катуу абалдагы батареялар туш болгон кыйынчылыктарга, негизинен, төмөнкүлөр кирет:

• Чыгымдарды азайтуу.
• Катуу электролиттердин коопсуздугун жогорулатуу.
• Заряддоо жана разряддоо учурунда электроддор менен электролиттер ортосундагы байланышты сактоо.

Литий-күкүрттүү батарейкалар, литий-аба жана башка системалар батарейканын бүт структурасын алкак менен алмаштыруу керек жана барган сайын олуттуу көйгөйлөр бар. Катуу абалдагы батарейкалардын оң жана терс электроддору учурдагы системаны колдонууну уланта алат жана ишке ашыруунун кыйынчылыгы салыштырмалуу кичинекей. Кийинки муундагы батареянын технологиясы катары катуу абалдагы батарейкалар жогорку коопсуздукка жана энергиянын тыгыздыгына ээ жана литийден кийинки доордо жалгыз жол болуп калат.