Новое поколение литий-ионных аккумуляторов - твердотельные аккумуляторы?

В последние дни 2017 года известный японский производитель свечей зажигания NGK объявил, что он будет активно развивать технологию твердотельных аккумуляторов, чтобы подготовиться к эре «без двигателей внутреннего сгорания» в будущем.

Такио, старший технический директор и генеральный менеджер по исследованиям и разработкам NGK, сказал: «Мы понимаем, что отрасль в некоторой степени неизбежно перейдет от двигателей внутреннего сгорания к автомобилям с батарейным питанием, что в конечном итоге приведет к устареванию наших свечей зажигания и датчиков кислорода. Причина, по которой NGK участвует в производстве твердотельных батарей, заключается в том, что ее передовая керамическая технология обеспечит преимущество при разработке твердотельных батарей.

На самом деле, в исследованиях и разработках твердотельных аккумуляторов уже давно было много предприятий. Несколько известных автопроизводителей, в том числе Honda, Hyundai и Toyota, разрабатывают технологию твердотельных аккумуляторов. А новый производитель пылесосов Fisk and Dyson планирует использовать твердотельные батареи, чтобы открыть эру электромобилей.

Возможно, многие друзья все еще не знакомы с концепцией твердотельных батарей, но некоторые люди в отрасли думают, что это будет следующий виток горячих точек силовых батарей после трехэлементной литиевой батареи. Необходимо понять характеристики этой новой области, которая все еще находится в стадии накопления технологий.

Твердотельные батареи - это батареи, в которых используются твердые электроды и твердые электролиты. Поскольку вес твердотельной батареи относительно высок, она считается идеальной батареей для электромобилей. Традиционную жидкую литиевую батарею часто называют «батареей кресла-качалки». Два конца кресла-качалки - это положительный и отрицательный полюсы батареи и электролит (жидкость) посередине. Ионы лития, как отличные спортсмены, бегают туда-сюда по обоим концам кресла-качалки. Во время движения ионов лития от положительного к отрицательному и к положительному, процесс зарядки и разрядки аккумулятора завершается. Принцип твердотельных батарей тот же, за исключением того, что их электролиты твердые, а структура с высокой плотностью позволяет большему количеству заряженных ионов собираться на одном конце, чтобы проводить больший ток, что, в свою очередь, увеличивает емкость батареи. Таким образом, при том же количестве электричества объем твердой ячейки станет меньше. Мало того, из-за отсутствия электролитов в твердотельных батареях, хранение станет проще. При использовании на большом оборудовании, таком как автомобили, нет необходимости добавлять дополнительные охлаждающие трубки, электронные элементы управления и т. Д., Что не только снижает затраты, но и эффективно снижает вес.

Поскольку основным направлением развития литий-ионных батарей является достижение более высокой плотности энергии, Япония и Китай планируют к 2030 году увеличить удельную энергию сердечника аккумуляторной батареи до 500 Вт / кг. Учитывая плотность энергии, предел жидкого электролита Аккумулятор не может быть выше 500 Вт-ч / кг, в то время как текущая плотность энергии твердотельной литиевой батареи может достигать около 400 Вт-ч / кг, а расчетное максимальное значение потенциала составляет 900 Вт-ч / кг.

Кроме того, с точки зрения безопасности преимущество твердотельных литиевых батарей очень очевидно. Твердые электролиты - это негорючие, некоррозионные, нелетучие и не протекающие жидкости. В то же время они также преодолевают явление дендритов лития, и вероятность самовоспламенения автомобилей, оснащенных полностью твердотельными литиевыми батареями, будет значительно снижена.

Японские компании по-прежнему находятся в авангарде.

Хотя Toyota явно отстает в технологии подключаемых модулей, исследования и разработки твердотельных батарей и водородных топливных элементов были очень напряженными. Они планируют заменить литиевые батареи твердыми к 2020 году с плотностью энергии в три-четыре раза выше, чем у литиевых. К 2020 году Toyota начнет коммерциализацию твердотельных батарей, а в ближайшие годы будет использовать воздушно-литиевые батареи, сказал Шигекизуки, старший инженер по материалам в Toyota.

24 ноября 2016 года компания Mitsui Metal выпустила сульфидный твердый электролит для следующего поколения литий-ионных вторичных батарей. Mitsui Metal будет сотрудничать с производителями аккумуляторов и автопроизводителями для достижения массового производства к 2020 году.

Hitachi также очень продвинулась в разработке твердотельных батарей. Такаши Танисё, президент Hitachi, сказал, что образцы твердотельных батарей были отправлены потенциальным клиентам в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Кроме того, Hitachi работает с неизвестным японским производителем аккумуляторов, чтобы уточнить некоторые детали и вывести на рынок твердотельные аккумуляторы к 2020 году, которые могут не продаваться под брендом Hitachi. Фактически, Hitachi сохранила лидирующие позиции в области передовых технологий, а Hitachi разработала технологию литий-ионных аккумуляторов для чистого электромобиля со сроком службы около 400 километров.

Европейские и американские компании одинаково агрессивны

Еще в 2015 году Bosch Group, производитель автозапчастей, успешно приобрела Seeo Battery Co., компанию, базирующуюся в Хайводеши, Калифорния. Новое поколение твердотельных литий-электронных батарей Seeo позволяет увеличить удельную энергию батареи с 50% до 100%. В настоящее время разработаны батареи с плотностью энергии 350 Вт · ч / кг, что примерно вдвое превышает плотность аккумуляторов в электромобилях, которые используются в настоящее время. плотность. Твердый полимерный электролит Seeo DryLyte не является летучим или горючим, что означает, что электролит можно использовать при более высоких температурах.

В ноябре 2017 года развивающийся бренд электромобилей Fisker подал заявку на патент на твердотельную литиевую батарею с максимальным сроком службы 800 километров и зарядом всего за 1 минуту. Руководитель проекта по производству твердотельных аккумуляторов Fisker является основателем Sakti3, компании по производству твердотельных аккумуляторов, принадлежащей Dyson. В 2015 году Sakti3 заявила, что разработала новую твердотельную батарею со стоимостью до 100 долларов за ватт-час и плотностью энергии до 1000 Вт / кг. Фискер сказал на своей пресс-конференции, что твердотельные батареи имеют множество ограничений, таких как низкая мощность и возможности низкой скорости, которые вызваны слоистой структурой электродов и низкими температурами. В технологии зарядки Fisker используется трехмерная структура электрода, благодаря которой площадь поверхности электрода в 25 раз больше площади плоской пленки. Эта структура может адаптироваться к различным напряжениям и формам, а плотность энергии в 2,5 раза выше, чем у литиевой батареи.

Кроме того, BMW и Apple уже начали исследования и разработки твердотельных аккумуляторов.

Китайские компании также приступили к верстке

В области электромобилей китайские компании всегда шли в ногу с миром. 9 августа 2017 года началось строительство проекта полимерных твердотельных литиевых батарей Китайской газовой батареи (Чжэцзян) в субрайоне Сунъян экологического промышленного кластера Лишуй.

Уже в конце 2016 года эра Ningde также продемонстрировала свою решимость внедрить «твердотельные батареи». В эпоху Ningde было проведено исследование компаний, производящих твердотельные батареи по всему миру, прежде чем они начали производить твердотельные батареи. В процессе исследований и разработок эпохи Ниндэ внимание также уделялось производству твердотельных батарей. Весь процесс производства твердотельных батарей отличается от традиционных процессов производства литий-ионных аккумуляторов и требует нового оборудования и новых процессов. Следовательно, эпоха Ниндэ также выполняет этот процесс одновременно. НИОКР.

У твердотельных аккумуляторов хорошие перспективы, но самым большим испытанием является цена. Жидкие литиевые батареи стоят от 200 до 300 долларов за киловатт-час. Если использовать существующие технологии для производства твердотельных аккумуляторов для смартфонов, стоимость достигнет 15 000 долларов США, а стоимость твердотельных аккумуляторов, которыми можно питать автомобили, будет ошеломляющей. 90 миллионов долларов США. Основная причина высокой стоимости производства твердотельных батарей заключается в их неэффективности.

Оценка малой электроэнергии:

У твердотельных батарей есть два самых больших преимущества: одно - это плотность энергии, а другое - безопасность. Именно в этих двух самых горячих трехэлементных литиевых батареях трудно сломать, поэтому неудивительно, что это ветровая розетка для следующего раунда батарей. Однако из-за недостаточной технической зрелости технологии подготовки твердотельных аккумуляторов количество предприятий, которые могут формировать крупномасштабные производственные мощности, ограничено, и все еще существует множество трудностей, которые необходимо преодолеть путем масштабного технологического развития. Он все еще находится на стадии НИОКР и опытного производства. Однако можно ожидать, что с постоянным развитием НИОКР и промышленных технологий научные и технологические проблемы твердотельных батарей будут постепенно решаться. В настоящее время вы можете видеть, что технология, которая может быть продвинута в будущем, также включает топливные элементы, суперконденсаторы, алюминиевые воздушные элементы, магниевые элементы и т. Д. Для того, чтобы твердые батареи выделялись, требуется много усилий.

Страница содержит содержимое машинного перевода.