Действительно ли твердотельные батареи позволят крупномасштабную коммерциализацию полностью электрических транспортных средств?

Из-за загрязнения окружающей среды нефтяные ресурсы медленно иссякали. Нам нужна новая энергия. Электромобиль относительно более экологичен, чем автомобиль на топливе, но не может удовлетворить потребности людей в вопросах хранения и зарядки. Теперь нам нужен новый материал, чтобы электромобили могли заряжаться быстрее и хранить больше электроэнергии при меньшем объеме.

Твердотельные батареи - это венец названий: «вместо», «следующее поколение литий-ионных аккумуляторов, технология литий-ионных аккумуляторов», «лучший выход» ... Дело в том, что существующая система жидкого лития -ионный предел плотности энергии батареи в 350-500 Втч / кг, будущее трудно удовлетворить национальную техническую цель, а плотность энергии твердотельных батарей может достигать 800-900 Втч / кг.

В сочетании с длительным временем зарядки и разрядки, коротким временем зарядки твердотельные батареи значительно увеличили диапазон электромобилей, чтобы еще больше укрепить автомобили на новой энергии и традиционную конкуренцию на автомобильном рынке. Мало того, что использование твердого электролита для литий-ионных батарей в электролите и диафрагме также снижает риск автомобильной аварии на новой энергии.

Представьте исследователя из Института физики Китайской академии наук, что уже коммерциализированные твердотельные батареи большой емкости представляют собой основные или полимерные твердотельные батареи, а именно твердый электролит с этиленэтиленом. По данным Института медицины гидроэнергетики в Квебеке, Канада, в металлической литиевой батарее можно использовать полимерный электролит толщиной 46 микрон, полимерный электролит толщиной 30 микрон и литий-железо-фосфатный анод толщиной 30 микрон, при условии, что третья петля C тысячу раз рабочая температура 60 ℃ и 85 ℃, а аккумуляторная батарея должна иметь функцию сохранения тепла. Иностранные хищники плотный график коммерциализации выпуска до 2017 года спустя, отечественные и зарубежные предприятия, чтобы ускорить коммерческий макет твердотельных аккумуляторов. Это означает, что в 2018 году будет больше предприятий, которые выйдут на рынок, и будет более четкий график процесса коммерциализации.

На автосалоне во Франкфурте в сентябре этого года Volkswagen анонсировал крупномасштабный проект разработки электромобилей RoadmapE, к 2030 году все модели VW будут иметь электрическую версию, объем инвестиций составит до 70 миллиардов евро, из которых 50 миллиардов евро пойдут на аккумуляторную батарею. . В то же время генеральный директор Volkswagen Маллен сказал: «Мы запланировали следующее поколение аккумуляторных батарей: более 1000 километров твердотельных аккумуляторов».

Через месяц автосалон Toyota в Токио объявил о продлении графика выпуска твердотельных аккумуляторов с 2022 по 2020 год. По словам исполнительного вице-президента Toyota, плотность энергии твердотельных аккумуляторов Toyota может достигать 300 Втч / кг или даже 600 Втч / кг. Если это 400 Втч / кг, для 60 кВтч твердотельных батарей всего 10-15 минут.

Каждый раз, когда производительность батареи значительно увеличивается, основные изменения касаются, по сути, системы материала батареи. Потому что каждый вид системы материала батареи имеет свой предел плотности энергии.

Начиная с первого поколения никель-металлогидридных аккумуляторов и марганцево-литиевых аккумуляторов, широко применяются литий-железо-фосфатные аккумуляторы второго поколения, которые, как ожидается, продолжатся примерно до 2020 года в тройных аккумуляторах третьего поколения, плотность энергии и стоимость соответственно представляют очевидную тенденцию к росту. и падение. Таким образом, следующее поколение системы аккумуляторных батарей, выбранное для достижения цели повышения популярности электромобилей примерно в 2025 году, имеет решающее значение.

Текущие батареи, плотность энергии мономера фосфата лития-железа в 120 - примерно 140 Втч / кг, шкала плотности энергии трехкомпонентного мономера батареи может достигать 130-130 Втч / кг, батарея составляет три юаня в лаборатории может достигать 300 Втч / кг.

Но с учетом существующей архитектуры системы и воздействия материала основного катода, существующую систему плотности энергии литий-ионного аккумулятора в основном трудно преодолеть до 300 Втч / кг, трудно удовлетворить потребности будущей аккумуляторной батареи. Хотите достичь к 2025 году плотности энергии мономерной батареи 400 Вт / кг, уровень 500 Вт / кг в 2030 году, новые разработки в области аккумуляторных технологий и индустриализация неизбежны, это означает, что ассортимент электромобилей, который теперь будет удвоен.

В современных коммерческих литий-ионных аккумуляторах основная проблема заключается в использовании жидкого / гелевого электролита, электрохимическое окно ограничено, трудно совместимо с металлическим литиевым анодом, а также новые исследования и разработки материала анода высокого напряжения, так что плотность энергии становится узким местом . Что касается уровня безопасности, эта архитектура также вызывает искру короткого замыкания, концентрация ионов увеличивает внутреннее сопротивление батареи, расход материала электродов и так далее.

И твердотельные батареи в поле зрения, поскольку они обладают высокой ионной проводимостью и механической прочностью, широким окном электрохимической стабильности и диапазоном рабочих температур, могут достигать высокой плотности энергии, высокой плотности мощности и высокой безопасности.

Твердый электролит по сравнению с органическим электролитом имеет широкое электрохимическое окно, способствует дальнейшему расширению диапазона напряжения батареи, а поскольку отсутствует поляризация концентрации и может работать в условиях сильного тока, таким образом повышается удельная энергия батареи. И твердый электролит негорючий, некоррозионный, нелетучий, нет проблем с утечкой, нет разделенной диафрагмы, не является отрицательной, предотвращает рост дендрита лития, принципиально избегает явления короткого замыкания батареи, можно использовать более отрицательный материал.

Кроме того, при интеграции в электромобили твердотельные аккумуляторы также имеют компактную структуру, регулируемый размер, характеристики эластичности и предназначены для интеграции с транспортными средствами.

В настоящее время потенциал полимерных материалов с твердым электролитом можно разделить на сульфидные и оксидные, но разные материалы и разные перестановки и комбинация химических характеристик разницы очень велики, некоторые быстрая зарядка и некоторые высокие плотности энергии, силы и короткие , сложно сделать материал, чтобы решить все проблемы.

В то же время нестабильные химические свойства и проблемы технологии приготовления, такие как несовершенный реальный материал, также позволяют твердотельным батареям еще пройти долгий путь.

Реализация индустриализации твердотельных батарей в основном зависит от прорыва в уровне технологий материалов, текущий патент на твердотельные батареи намного больше, чем другие типы батарей. Ожидается, что промышленное внедрение твердотельных батарей с высокой плотностью энергии займет от пяти до 10 лет. Часть передовых предприятий в 2020 году, мелкосерийное производство твердотельных батарей и действительно крупное производство ожидается около 2025 года.

В развитии науки и техники, человеческого прогресса, надеемся на исследовательские учреждения и предприятия, чтобы разработать более практичные, более популистские ценовые продукты. Сделайте наш мир лучше.

Страница содержит содержимое машинного перевода.