Polovodičové baterie: cesta baterií nové generace

Polovodičové baterie: cesta baterií nové generace

Podle „The Korea Times“ a dalších zpráv médií plánuje Samsung 14. května spolupracovat s Hyundai na vývoji elektrických vozidel a poskytování napájecích baterií a dalších připojených automobilových dílů pro elektromobily Hyundai. Média předpovídají, že Samsung a Hyundai brzy podepíší nezávazné memorandum o porozumění ohledně dodávek baterií. Uvádí se, že Samsung představil Hyundai svou nejnovější polovodičovou baterii.

Podle Samsungu, když je jeho prototypová baterie plně nabitá, může umožnit elektromobilu ujet více než 800 kilometrů najednou s životností baterie více než 1,000krát. Její objem je o 50 % menší než u lithium-iontové baterie stejné kapacity. Z tohoto důvodu jsou polovodičové baterie v příštích deseti letech považovány za nejvhodnější napájecí baterie pro elektromobily.

Začátkem března 2020 publikovaly Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) a Samsung Research Center of Japan (SRJ) v časopise „Nature Energy“ „Vysokoenergetické dlouhodobé cyklické celokovové lithiové baterie v pevné fázi s povoleným stříbrem“. -Uhlíkové kompozitní anody“ představily svůj nejnovější vývoj v oblasti polovodičových baterií.

Tato baterie používá pevný elektrolyt, který není hořlavý při vysokých teplotách a může také inhibovat růst lithiových dendritů, aby se zabránilo propíchnutí zkratu. Kromě toho používá jako anodu kompozitní vrstvu stříbro-uhlík (Ag-C), která dokáže zvýšit hustotu energie až na 900 Wh/L, má dlouhou životnost více než 1000 cyklů a velmi vysokou coulombickou účinnost (náboj a účinnost vybíjení) 99.8 %. Může napájet baterii po jedné platbě. Auto ujelo 800 kilometrů.

Nicméně SAIT a SRJ, které tento článek zveřejnily, jsou spíše vědeckovýzkumné instituce než Samsung SDI, který se zaměřuje na technologie. Článek pouze objasňuje princip, strukturu a výkon nové baterie. Předběžně se soudí, že baterie je stále v laboratorní fázi a bude obtížné ji v krátké době sériově vyrábět.

Rozdíl mezi polovodičovými bateriemi a tradičními tekutými lithium-iontovými bateriemi je ten, že místo elektrolytů a separátorů se používají pevné elektrolyty. Není nutné používat lithiem interkalované grafitové anody. Místo toho se jako anoda používá kovové lithium, což snižuje počet materiálů anody. Napájecí baterie s vyšší hustotou energie těla (>350Wh/kg) a delší životností (>5000 cyklů), stejně jako speciální funkce (jako je flexibilita) a další požadavky.

Nové systémové baterie zahrnují polovodičové baterie, lithiové baterie a baterie typu metal-air. Tři polovodičové baterie mají své výhody. Polymerní elektrolyty jsou organické elektrolyty a oxidy a sulfidy jsou anorganické keramické elektrolyty.

Když se podíváme na globální společnosti vyrábějící polovodičové baterie, existují začínající podniky a také mezinárodní výrobci. Společnosti jsou samy v systému elektrolytů s různými názory a neexistuje žádný trend technologického toku nebo integrace. V současné době se některé technické cesty blíží podmínkám industrializace a cesta k automatizaci polovodičových baterií probíhá.

Evropské a americké společnosti preferují polymerní a oxidové systémy. Francouzská společnost Bolloré se ujala vedení v komercializaci polovodičových baterií na bázi polymeru. V prosinci 2011 vstoupila její elektrická vozidla poháněná 30kwh polymerovými bateriemi v pevné fázi + elektrické dvouvrstvé kondenzátory na trh sdílených vozů, což bylo poprvé na světě. Komerční solid-state baterie pro EV.

Sakti3, výrobce tenkovrstvých oxidových polovodičových baterií, koupil britský gigant domácích spotřebičů Dyson v roce 2015. Podléhá nákladům na přípravu tenkého filmu a obtížnosti výroby ve velkém měřítku a nedošlo k žádné masové výrobní produkt po dlouhou dobu.

Maxwellův plán pro polovodičové baterie je nejprve vstoupit na trh s malými bateriemi, v roce 2020 je sériově vyrábět a v roce 2022 je použít v oblasti skladování energie. V zájmu rychlého komerčního využití může Maxwell nejprve zvážit pokus o polo- pevné baterie v krátkodobém horizontu. Polotuhé baterie jsou stále dražší a používají se především v určitých oblastech poptávky, což ztěžuje aplikace ve velkém měřítku.

Netenké oxidové produkty mají vynikající celkový výkon a jsou v současné době oblíbené ve vývoji. Taiwan Huineng i Jiangsu Qingdao jsou na této trati známí hráči.

Japonské a korejské společnosti se více zavázaly řešit problémy industrializace sulfidového systému. Reprezentativní společnosti jako Toyota a Samsung urychlily jejich nasazení. Sulfidové polovodičové baterie (lithium-sírové baterie) mají obrovský rozvojový potenciál díky své vysoké hustotě energie a nízké ceně. Mezi nimi je technologie Toyoty nejpokročilejší. Uvolnil demo baterie na úrovni ampér a elektrochemický výkon. Současně také použili LGPS s vyšší vodivostí při pokojové teplotě jako elektrolyt pro přípravu větší sady baterií.

Japonsko zahájilo celostátní program výzkumu a vývoje. Nejslibnější aliance jsou Toyota a Panasonic (Toyota má téměř 300 inženýrů zapojených do vývoje polovodičových baterií). Uvedla, že do pěti let komercializuje polovodičové baterie.

Plán komercializace plně polovodičových baterií vyvinutý společnostmi Toyota a NEDO začíná vývojem polovodičových baterií (baterie první generace) s využitím stávajících pozitivních a škodlivých materiálů LIB. Poté bude používat nové pozitivní a negativní materiály ke zvýšení hustoty energie (baterie nové generace). Očekává se, že Toyota vyrobí prototypy polovodičových elektrických vozidel v roce 2022 a v roce 2025 bude v některých modelech používat polovodičové baterie. V roce 2030 může energetická hustota dosáhnout 500 Wh/kg, aby bylo dosaženo aplikací hromadné výroby.

Z pohledu patentů bylo mezi 20 nejlepšími přihlašovateli patentů na polovodičové lithiové baterie japonských společností 11. Nejvíce se přihlásila Toyota, která dosáhla 1,709 2.2, což je 10krát více než druhý Panasonic. Top 8 společností jsou všechny japonské a jihokorejské společnosti, včetně 2 v Japonsku a XNUMX v Jižní Koreji.

Z pohledu globálního uspořádání patentů majitelů patentů jsou klíčovými zeměmi nebo regiony Japonsko, Spojené státy americké, Čína, Jižní Korea a Evropa. Kromě lokálních přihlášek má Toyota nejvýznamnější počet přihlášek ve Spojených státech a Číně, které představují 14.7 % a 12.9 % z celkového počtu patentových přihlášek.

Industrializace polovodičových baterií v mé zemi je také neustále zkoumána. Podle čínského technického plánu trasy v roce 2020 bude postupně realizovat pevný elektrolyt, syntézu katodového materiálu s vysokou specifickou energií a technologii konstrukce lithiové slitiny s trojrozměrnou strukturou. Rozpozná výrobu 300Wh/kg malokapacitní samostatné baterie. V roce 2025 bude technologie řízení rozhraní polovodičové baterie realizovat velkokapacitní vzorek jedné baterie a skupinovou technologii 400 Wh/kg. Očekává se, že polovodičové baterie a lithium-sírové baterie mohou být masově vyráběny a propagovány v roce 2030.

Baterie nové generace ve fundraisingovém projektu IPO společnosti CATL zahrnují polovodičové baterie. Podle zpráv NE Times CATL očekává dosažení masové výroby polovodičových baterií nejméně do roku 2025.

Celkově je technologie polymerního systému nejvyspělejší a zrodil se první produkt na úrovni EV. Jeho koncepční a perspektivní povaha spustila akceleraci investic do výzkumu a vývoje ze strany opozdilců, ale horní hranice výkonnosti omezuje růst a v budoucnu bude možným řešením míchání s anorganickými pevnými elektrolyty; oxidace; V materiálovém systému je vývoj tenkovrstvých typů zaměřen na rozšiřování kapacit a velkosériovou výrobu a celkově je lepší výkonnost nefilmových typů, na kterou se zaměřuje současný výzkum a vývoj; sulfidový systém je nejslibnějším polovodičovým bateriovým systémem v oblasti elektrických vozidel, ale v polarizované situaci s obrovským prostorem pro růst a nevyspělou technologií je řešení bezpečnostních problémů a problémů s rozhraním středem zájmu budoucnosti.

Mezi výzvy, kterým čelí polovodičové baterie, patří zejména:

• Snížení nákladů.
• Zlepšení bezpečnosti pevných elektrolytů.
• Udržování kontaktu mezi elektrodami a elektrolyty během nabíjení a vybíjení.

Lithium-sírové baterie, lithium-vzduchové a další systémy potřebují vyměnit celý rám struktury baterie a objevují se stále významnější problémy. Kladné a záporné elektrody polovodičových baterií mohou nadále používat současný systém a obtížnost realizace je relativně malá. Jako technologie baterií nové generace mají polovodičové baterie vyšší bezpečnost a hustotu energie a stanou se jediným způsobem v post-lithiové éře.