Могут ли твердотельные батареи сжигать литиевые батареи?

В последние дни твердотельные батареи стали горячей темой в аккумуляторной индустрии. Источник состоит в том, что несколько дней назад американская компания Fisker Motors выпустила новую технологию аккумуляторов - твердотельные аккумуляторы, которые, как утверждается, увеличивают пробег пользователей электромобилей до 500 миль (около 804 км) или более, время зарядки составляет всего 1 час. минута. Есть даже мнение, что твердотельные батареи могут «доделать секунды» литиевым батареям. Многонациональные автомобильные компании становятся все быстрее и быстрее в области твердотельных аккумуляторов. Это не первая новость о разработке твердотельных аккумуляторов.

Насколько сейчас развиты твердотельные батареи? Так ли лучше производительность как таковая, как во внешнем мире? Насколько это далеко от коммерциализации? В связи с этим репортер побеседовал с профильными экспертами, чтобы понять:

Две отличительные особенности твердотельных батарей

Во-первых, плотность энергии примерно в 2,5–3 раза выше, чем у обычной литиевой батареи;

Во-вторых, он более безопасен и исключает опасность ожога в результате таких несчастных случаев, как разрыв батареи или высокая температура.

Две трудности с твердотельными батареями

Одна из них - это проблема самого материала электролита;

Второй - регулировка и оптимизация работы интерфейса. С текущей точки зрения путь его коммерциализации еще очень долгий.

Частые попадания посторонних твердотельных батарей

В последнее время внимание отрасли привлек ряд новых тенденций в области твердотельных аккумуляторов. Согласно сообщениям зарубежных СМИ, Fisker подал заявку на патент на твердотельную батарею и, как ожидается, начнет массовое производство в 2023 году. Fisker утверждает, что в твердотельной батарее Fisker используется трехмерный электрод с плотностью энергии в 2,5 раза выше, чем у обычных литий-ионный аккумулятор.

Не только Fisker публикует новости о твердотельных батареях, но многие компании и организации по всему миру также выпустили последние разработки в области твердотельных батарей. По данным "Global Solid State Battery Market 2017 ~ 2021", в настоящее время Toyota, Panasonic, Samsung, Mitsubishi, BMW, Hyundai, Dyson и другие компании активизируют разработку резервных твердотельных аккумуляторов. Bolloré из Франции, Sakti3 из США и Toyota из Японии представляют направление технического развития трех твердых электролитов из полимеров, оксидов и сульфидов, соответственно. Кроме того, есть отчеты, показывающие:

1. Французская компания Borole инвестировала 2 900 электромобилей, оборудованных литий-полимерными батареями (LMP) емкостью 30 кВт · ч, производимыми ее дочерней компанией Batscap;

Во-вторых, Toyota разработала твердотельный литий-ионный аккумулятор с плотностью энергии 400 Втч / л. Исследователи Toyota заявили, что аккумулятор будет коммерциализирован примерно в 2020 году;

В-третьих, плотность энергии новейших твердотельных аккумуляторов Panasonic увеличилась в 3–4 раза; Honda и Hitachi Shipbuilding установили аккумулятор Ah-класса, серийное производство которого ожидается через три года.

Для исследований и разработок одни иностранные компании самостоятельно разрабатывали твердотельные батареи, а другие выбрали совместные исследования и разработки. Например, Volkswagen относительно поздно приступил к разработке твердотельных аккумуляторов, но готов разработать их самостоятельно. Не так давно Toyota объявила о сотрудничестве с Matsushita в разработке твердотельных аккумуляторов. Несколькими днями позже BMW объявила о сотрудничестве с SolidPower в разработке твердотельных литиевых батарей. Bosch и известная японская компания GSYUASA (Tangshhao) Battery Company и Mitsubishi Heavy Industries совместно открыли новый завод, специализирующийся на литий-ионных батареях с твердотельным анодом.

Внутренние исследования и разработки твердотельных батарей

В Китае Китайская академия наук (далее именуемая «Китайская академия наук») относительно рано разработала схему на твердотельных батареях. В настоящее время пять команд НИОКР добились разного прогресса.

1. Команда Го Юго из Института химии Китайской академии наук разработала твердый электролит на основе полиэфир-акрилатного полимера с устойчивостью к окислению 4,5 В.

2. Команда Сюй Сяосюн из Института материалов Нинбо Китайской академии наук разработала оксиды, сульфидные твердые электролитные материалы, керамические листы и полностью твердотельные батареи и попыталась индустриализировать вместе с компанией. В настоящее время команда взяла на себя ведущую роль в разработке серии одиночных твердотельных элементов емкостью 0,2 ~ 10 Ач. Плотность энергии одиночных твердотельных элементов емкостью 10 Ач достигает 260 Втч / кг, а коэффициент сохранения емкости 1000 циклов составляет 88%.

3. Цуй Гуанглей из Института биоэнергетики Циндао Китайской академии наук разработал твердый электролит из полипропиленкарбоната, целлюлозы, оксида лития, лантана, циркония. Плотность энергии разработанной батареи достигла 300 Втч / кг и впервые прошла глубокое море в тесте Марианской впадины.

4. Го Сянсинь (Guo Xiangxin), группа из Шанхайского института керамики Китайской академии наук, разработал твердый электролит из полиэтиленоксида, оксида лития, лантана, циркония и разработал твердотельный литий-ионный аккумулятор емкостью 2 Ач.

V. Институт физики Китайской академии наук предложил и подтвердил концепцию затвердевания на месте. Плотность энергии элемента в мягкой упаковке на 10 Ач достигала 310-390 Втч / кг, а объемная плотность энергии достигала 800-890 Втч / л. Батарея может иметь комнатную температуру 90. Циркуляция при ° C.

Кроме того, известная отечественная компания по производству аккумуляторов Ningde era также инвестировала в исследования и разработку твердотельных аккумуляторов. В настоящее время цикл полимерных литий-металлических твердотельных батарей в эпоху Ниндэ достиг более 300 недель, а степень сохранения емкости достигла 82%.

Коммерциализации все еще необходимо преодолеть многие недостатки

В наши дни разработка твердотельных аккумуляторов идет полным ходом. Какое развитие это покажет в конечном итоге? Авторитетный эксперт по твердотельным аккумуляторам сообщил China Automotive News, что разработка твердотельных аккумуляторов идет в основном по двум направлениям: первый - это полимерный путь; другой - это полностью неорганический керамический путь, и полностью неорганический керамический путь можно разделить на направления оксидов и сульфидов. В настоящее время оба технических маршрута имеют непреодолимые недостатки и не могут быть коммерциализированы в больших масштабах.

Керамический твердотельный аккумулятор

Самая большая проблема твердотельной батареи с керамической технологией заключается в том, что плотность энергии относительно низкая, как у литий-титанатной батареи в существующей батарее, которая имеет более низкую энергию, чем литий-железо-фосфатная и трехкомпонентная батарея, но может заряжаться. и разряжается с большой скоростью. Относительно низкая плотность энергии делает твердотельные батареи с керамической футеровкой менее экономичными, чем существующие батареи. Эксперт сообщил журналистам, что Япония использует керамические твердотельные батареи более 10 лет и имеет передовые позиции. 15-минутное полное электричество, предложенное в японском пропагандистском отчете, полностью заслуживает доверия.

Полимерный твердотельный аккумулятор

Полимерные твердотельные батареи имеют более высокую плотность энергии, но более низкую скорость заряда, согласно отчетам, внутреннее сопротивление между полимерными твердотельными батареями велико, и для полной зарядки требуется более 5 часов. Также из-за высокой плотности энергии быстрая зарядка может быть опасной. Из-за большого внутреннего сопротивления полимерные твердотельные батареи вызывают потери энергии во время зарядки, что является проблемой, которую нельзя игнорировать. Кроме того, наиболее опасной проблемой полимерных твердотельных аккумуляторов является высокая температура зарядки и низкая скорость зарядки при комнатной температуре, что ограничивает крупномасштабные коммерческие применения. Однако большинство исследовательских институтов и предприятий в Китае в настоящее время нацелены на полимерные твердотельные батареи.

С точки зрения развития мировой технологии твердотельных аккумуляторов Китай не отстал и сопоставим с зарубежными передовыми технологиями. Цуй Гуанглей, исследователь из Института биоэнергетики Циндао Китайской академии наук, сообщил журналистам, что твердотельная батарея, разработанная его командой, успешно провела полномасштабную демонстрацию применения морской энергии «Qingeng-1» в Мариане. Желоб, сделавший Китай вторым хозяином всего моря после Японии страной литиевых технологий.

Оуян Мин, член Китайской академии наук и профессор Университета Цинхуа, также рассказал о разработке твердотельных батарей. Он сказал:

Соединенные Штаты сосредотачиваются на разработке твердотельных литиевых батарей большой емкости для органических-неорганических композитных твердых электролитов с небольшими компаниями и предпринимательскими компаниями. И Япония, и Южная Корея разработали твердотельные литиевые батареи большой емкости с использованием неорганических твердых электролитов, а несколько компаний представили планы массового производства. Похожая ситуация в Китае, Японии и Южной Корее. В трех странах уже есть крупные сети по производству литий-ионных аккумуляторов, и они не хотят изобретать себя заново.

В общем, при разработке твердотельных аккумуляторов электролиты могут идти по пути от жидкого, полутвердого, твердого и жидкого, смешанного до твердого состояния и, наконец, полностью твердого состояния. В случае отрицательного электрода - переход от графитового отрицательного электрода к кремниево-углеродному отрицательному электроду. В настоящее время Китай переходит от графитового анода к кремниево-углеродному аноду, и, наконец, можно перейти на анод из металлического лития. Однако в этом маршруте есть техническая неопределенность.

Страница содержит содержимое машинного перевода.