Qattiq holatdagi batareyalar: keyingi avlod akkumulyator yo'nalishi

Qattiq holatdagi batareyalar: keyingi avlod akkumulyator yo'nalishi

14 may kuni "The Korea Times" va boshqa OAV xabarlariga ko'ra, Samsung Hyundai bilan elektromobillarni ishlab chiqish va Hyundai elektromobillari uchun quvvat akkumulyatorlari va boshqa ulangan avtomobil qismlarini yetkazib berish bo'yicha hamkorlik qilishni rejalashtirmoqda. Ommaviy axborot vositalarining bashoratiga ko'ra, Samsung va Hyundai tez orada akkumulyatorlarni yetkazib berish bo'yicha majburiy bo'lmagan anglashuv memorandumini imzolaydi. Qayd etilishicha, Samsung Hyundai’ga o‘zining eng so‘nggi qattiq xolatli akkumulyatorini taqdim etgan.

Samsung kompaniyasiga ko'ra, uning prototip akkumulyatori to'liq zaryadlanganda, u elektromobilga bir vaqtning o'zida 800 kilometrdan ortiq masofani bosib o'tishga imkon beradi, batareyaning ishlash muddati esa 1,000 martadan oshadi. Uning hajmi bir xil quvvatga ega litiy-ion batareyadan 50% kichikroq. Shu sababli, keyingi o'n yil ichida qattiq holatdagi akkumulyatorlar elektr transport vositalari uchun eng mos quvvat akkumulyatorlari hisoblanadi.

2020-yil mart oyi boshida Samsung Advanced Study Instituti (SAIT) va Yaponiyaning Samsung Tadqiqot Markazi (SRJ) “Nature Energy” jurnalida “Kumush bilan ishlaydigan yuqori energiyali, uzoq aylanishli qattiq holatdagi lityum-metall batareyalar”ni chop etdi. -Uglerodli kompozit anodlar" qattiq holatdagi akkumulyatorlar sohasidagi so'nggi ishlanmalarini taqdim etdi.

Ushbu batareya qattiq elektrolitdan foydalanadi, u yuqori haroratlarda yonmaydi va ponksiyon qisqa tutashuvlaridan qochish uchun lityum dendritlarning o'sishiga to'sqinlik qilishi mumkin. Bundan tashqari, u anod sifatida kumush-uglerodli (Ag-C) kompozit qatlamdan foydalanadi, bu energiya zichligini 900 Vt / L ga oshirishi mumkin, 1000 dan ortiq tsiklning uzoq umriga ega va juda yuqori kulon samaradorligi (zaryad). va tushirish samaradorligi) 99.8%. U bitta to'lovdan so'ng batareyani ishlatishi mumkin. Mashina 800 kilometr yo'l bosib o'tdi.

Biroq, maqolani chop etgan SAIT va SRJ texnologiyaga e'tibor qaratadigan Samsung SDI emas, balki ilmiy tadqiqot institutlaridir. Maqolada faqat yangi batareyaning printsipi, tuzilishi va ishlashi aniqlangan. Dastlabki taxminlarga ko‘ra, akkumulyator hali ham laboratoriya bosqichida va qisqa vaqt ichida ommaviy ishlab chiqarish qiyin bo‘ladi.

Qattiq holatdagi batareyalar va an'anaviy suyuq lityum-ion batareyalar o'rtasidagi farq shundaki, elektrolitlar va separatorlar o'rniga qattiq elektrolitlar ishlatiladi. Lityum-interkalatsiyalangan grafit anodlaridan foydalanish shart emas. Buning o'rniga anod sifatida metall lityum ishlatiladi, bu anod materiallari sonini kamaytiradi. Yuqori tana energiya zichligi (>350Wh/kg) va uzoqroq ishlash muddati (>5000 tsikl), shuningdek, maxsus funktsiyalar (moslashuvchanlik kabi) va boshqa talablarga ega quvvat batareyalari.

Yangi tizim batareyalari qattiq holatdagi batareyalar, litiy oqimli batareyalar va metall havo batareyalarini o'z ichiga oladi. Uchta qattiq holatdagi batareyalar o'zlarining afzalliklariga ega. Polimer elektrolitlari organik elektrolitlar, oksidlar va sulfidlar esa noorganik keramik elektrolitlardir.

Global qattiq batareyali akkumulyator kompaniyalariga nazar tashlaydigan bo'lsak, boshlang'ich korxonalar mavjud va xalqaro ishlab chiqaruvchilar ham bor. Kompaniyalar elektrolitlar tizimida turli e'tiqodlarga ega bo'lib, texnologiya oqimi yoki integratsiya tendentsiyasi yo'q. Hozirgi vaqtda ba'zi texnik yo'nalishlar sanoatlashtirish shartlariga yaqin bo'lib, qattiq jismli batareyalarni avtomatlashtirish yo'li davom etmoqda.

Evropa va Amerika kompaniyalari polimer va oksid tizimlarini afzal ko'radi. Frantsiyaning Bolloré kompaniyasi polimer asosidagi qattiq holatdagi akkumulyatorlarni tijoratlashtirishda yetakchilik qildi. 2011 yil dekabr oyida uning 30 kVt-soat qattiq polimer batareyalari + elektr ikki qatlamli kondansatkichlar bilan ishlaydigan elektr transport vositalari dunyoda birinchi marta umumiy avtomobil bozoriga kirdi. EV uchun qattiq xolatli tijorat akkumulyatorlari.

Yupqa plyonkali oksidli qattiq holatdagi akkumulyator ishlab chiqaruvchi Sakti3 2015 yilda Britaniyaning maishiy texnika giganti Dyson tomonidan sotib olingan. U yupqa plyonka tayyorlash narxiga va keng miqyosli ishlab chiqarishning qiyinligiga bog'liq va ommaviy ishlab chiqarish bo'lmagan. uzoq vaqt davomida ishlab chiqarish mahsuloti.

Maksvellning qattiq holatda batareyalar bo'yicha rejasi birinchi navbatda kichik batareyalar bozoriga kirish, ularni 2020 yilda ommaviy ishlab chiqarish va 2022 yilda energiyani saqlash sohasida foydalanishdir. Tezkor tijorat maqsadlarida Maksvell birinchi navbatda yarim batareyalarni sinab ko'rishni ko'rib chiqishi mumkin. qisqa muddatda qattiq batareyalar. Shunga qaramay, yarim qattiq batareyalar qimmatroq va asosan talab qilinadigan sohalarda qo'llaniladi, bu esa keng ko'lamli ilovalarni qiyinlashtiradi.

Yupqa plyonka bo'lmagan oksidli mahsulotlar mukammal umumiy ko'rsatkichlarga ega va hozirda ishlab chiqishda mashhur. Tayvan Huineng ham, Jiangsu Qingdao ham ushbu trekda taniqli futbolchilardir.

Yaponiya va Koreya kompaniyalari sulfid tizimini sanoatlashtirish muammolarini hal qilishga ko'proq sodiqdirlar. Toyota va Samsung kabi vakillik kompaniyalari ularni joylashtirishni tezlashtirdi. Sulfidli qattiq batareyalar (litiy-oltingugurt batareyalari) yuqori energiya zichligi va arzonligi tufayli ulkan rivojlanish salohiyatiga ega. Ular orasida Toyota texnologiyasi eng ilg'or hisoblanadi. U amper darajasidagi Demo batareyalarni va elektrokimyoviy ko'rsatkichlarni chiqardi. Shu bilan birga, ular kattaroq batareya paketini tayyorlash uchun elektrolit sifatida xona harorati yuqori o'tkazuvchanlikka ega LGPS dan ham foydalanganlar.

Yaponiya milliy tadqiqot va ishlanmalar dasturini ishga tushirdi. Eng istiqbolli ittifoq - Toyota va Panasonic (Toyota kompaniyasida 300 ga yaqin muhandis qattiq jismli akkumulyatorlarni ishlab chiqishda ishtirok etadi). U besh yil ichida qattiq holatdagi batareyalarni tijoratlashtirishini aytdi.

Toyota va NEDO tomonidan ishlab chiqilgan to'liq qattiq holatdagi akkumulyatorlarni tijoratlashtirish rejasi mavjud LIB yuqori sifatli va zararli materiallardan foydalangan holda to'liq qattiq holatdagi batareyalarni (birinchi avlod batareyalari) ishlab chiqishdan boshlanadi. Shundan so'ng, u energiya zichligini oshirish uchun yangi ijobiy va salbiy materiallardan foydalanadi (keyingi avlod batareyalari). Toyota 2022 yilda qattiq jismli elektr transport vositalarining prototiplarini ishlab chiqarishi kutilmoqda va 2025 yilda ba'zi modellarda qattiq holatdagi batareyalardan foydalanadi. 2030 yilda ommaviy ishlab chiqarish ilovalariga erishish uchun energiya zichligi 500 Vt / kg ga yetishi mumkin.

Patentlar nuqtai nazaridan, qattiq holatdagi lityum batareyalar uchun eng yaxshi 20 ta patent da'vogarlari orasida yapon kompaniyalari 11 tani tashkil etdi. Toyota eng ko'p so'ragan bo'lib, 1,709 taga yetdi, bu ikkinchi Panasonicnikidan 2.2 baravar ko'p. Eng yaxshi 10 ta kompaniyaning barchasi yapon va janubiy koreys, jumladan 8 tasi Yaponiya va 2 tasi Janubiy Koreyadir.

Patent egalarining global patent sxemasi nuqtai nazaridan Yaponiya, AQSh, Xitoy, Janubiy Koreya va Yevropa asosiy mamlakatlar yoki mintaqalardir. Mahalliy ilovalardan tashqari, Toyota Qo'shma Shtatlar va Xitoyda eng ko'p talabnomalarga ega bo'lib, umumiy patent talabnomalarining mos ravishda 14.7% va 12.9% ni tashkil qiladi.

Mamlakatimda qattiq moddali akkumulyatorlarni sanoatlashtirish ham doimiy izlanishlar ostida. Xitoyning texnik marshrut rejasiga ko'ra, 2020 yilda u asta-sekin qattiq elektrolitlar, yuqori o'ziga xos energiya katodli materiallar sintezi va uch o'lchovli ramka tuzilishi lityum qotishma qurilish texnologiyasini amalga oshiradi. U 300Wh/kg kichik sig'imli bitta batareya namunasini ishlab chiqarishni tan oladi. 2025 yilda qattiq holatda batareya interfeysini boshqarish texnologiyasi 400Wh / kg katta hajmli bitta batareya namunasi va guruh texnologiyasini amalga oshiradi. 2030-yilda qattiq holatdagi akkumulyatorlar va litiy-oltingugurtli batareyalar ommaviy ishlab chiqarilishi va targ‘ib qilinishi kutilmoqda.

CATL kompaniyasining IPO mablag'larini yig'ish loyihasidagi keyingi avlod akkumulyatorlari qattiq holatdagi batareyalarni o'z ichiga oladi. NE Times xabarlariga ko'ra, CATL kamida 2025 yilgacha qattiq holatdagi batareyalarni ommaviy ishlab chiqarishga erishishni kutmoqda.

Umuman olganda, polimer tizimi texnologiyasi eng etuk bo'lib, birinchi EV darajasidagi mahsulot tug'iladi. Uning kontseptual va istiqbolli tabiati kech kelganlar tomonidan tadqiqot va ishlanmalarga sarmoya kiritishni tezlashtirishga turtki bo'ldi, lekin ishlashning yuqori chegarasi o'sishni cheklaydi va noorganik qattiq elektrolitlar bilan birikma kelajakda mumkin bo'lgan yechim bo'ladi; oksidlanish; Moddiy tizimda nozik kino turlarini ishlab chiqish quvvatni kengaytirish va keng ko'lamli ishlab chiqarishga qaratilgan va kino bo'lmagan turlarining umumiy ko'rsatkichlari yaxshiroq bo'lib, hozirgi tadqiqot va ishlanmalar markazidir; sulfid tizimi elektr transport vositalari sohasida eng istiqbolli qattiq holatda akkumulyator tizimidir, ammo o'sish va etuk bo'lmagan texnologiya uchun katta xonaga ega bo'lgan qutblangan vaziyatda xavfsizlik muammolari va interfeys muammolarini hal qilish kelajakning diqqat markazida bo'ladi.

Qattiq holatdagi akkumulyatorlar duch keladigan qiyinchiliklarga asosan quyidagilar kiradi:

• Xarajatlarni kamaytirish.
• Qattiq elektrolitlar xavfsizligini oshirish.
• Zaryadlash va tushirish vaqtida elektrodlar va elektrolitlar o'rtasidagi aloqani saqlab turish.

Lityum-oltingugurtli akkumulyatorlar, lityum-havo va boshqa tizimlar batareya strukturasining butun ramkasini almashtirishi kerak va tobora ko'proq muhim muammolar mavjud. Qattiq holatdagi batareyalarning ijobiy va salbiy elektrodlari joriy tizimdan foydalanishni davom ettirishi mumkin va amalga oshirishning qiyinligi nisbatan kichik. Keyingi avlod akkumulyator texnologiyasi sifatida qattiq holatdagi batareyalar yuqori xavfsizlik va energiya zichligiga ega va lityumdan keyingi davrda yagona yo'l bo'ladi.