Jak je současný vývoj solid-state baterie?

Polovodičové baterie se vztahují na baterie vyrobené pomocí polovodičových elektrod a polovodičových elektrolytů. Na rozdíl od stávajících baterií v kapalné podobě jsou jedním z hlavních směrů pro vývoj nových baterií pro energetické vozidla v budoucnu. Když nedávno koncern Volkswagen oznámil svou finanční zprávu za druhé čtvrtletí, generální ředitel koncernu Volkswagen Herbert Diss uvedl, že Volkswagen plánuje samostatně vyrábět polovodičové baterie a sériová výroba může začít v roce 2024 nebo 2025. Podle národního plánu "Energeticky úsporných a nových energetických vozidel" je do roku 2025 cíl pro zvýšení hustoty energie lithiových baterií pro čistě elektrická vozidla 400Wh/kg a cíl v roce 2030 500Wh/kg. Pokud jde o v současné době široce používané ternární baterie se týká, technické zúžení existující v této fázi ztěžuje dosažení výše uvedených cílů.

Má-li hustota energie lithiových baterií dosáhnout cíle hustoty energie vyšší než 500Wh/kg podle plánu, může být stávající systém kapalných elektrolytů bezmocný. Jako nová generace technologie baterií pro 500Wh / kg, výzkum a vývoj polovodičového bateriového systému se stal rigidním požadavkem. Střednědobý a dlouhodobý rozvoj nového energetického automobilového průmyslu vyžaduje nové technické rezervy a očekává se, že polovodičové lithium-iontové baterie se stanou dominantní technologickou trasou pro příští generaci automobilových lithiových baterií. Je to nejen důležitý směr vývoje sekundárních baterií v budoucnu, ale také důležitý úkol v současné době.

Jaké jsou výhody polovodičových baterií ve srovnání s ternárními bateriemi? Za prvé, pokud jde o hustotu energie, elektrochemické okno organických elektrolytů, které se v současné době používají v ternárních a jiných lithium-iontových bateriích, je omezené a je obtížné být kompatibilní s kovovými lithiovými anodami a nově vyvinutými vysokopotenciálními katodovými materiály. Pevné elektrolyty však mají obecně širší elektrickou kapacitu než organické elektrolyty. Chemické okno pomáhá dále zvyšovat hustotu energie baterie. Za druhé, pokud jde o objem, protože elektrolyt je nahrazen pevným elektrolytem, objem pevné baterie bude menší pod stejnou hustotou energie. Při stejném množství energie se polovodičové baterie zmenší. Za podmínky, že hustota energie zůstává stejná, bude hmotnost a objem polovodičové baterie se stejným nábojem menší než hmotnost a objem kapalné elektrolytové baterie. Nejen to, protože v polovodičové baterii není elektrolyt, je snadnější ji utěsnit. Při použití ve velkých zařízeních, jako jsou automobily, není nutné přidávat další chladicí trubky, elektronické ovládací prvky atd., Což šetří náklady a zároveň snižuje vlastní hmotnost. Po použití pevného elektrolytu může být grafitová negativní elektroda nahrazena kovovým lithiem, což výrazně snižuje hmotnost celé baterie.

Z pohledu rozložení polovodičových baterií v různých zemích je Toyota vyspělejší v technologii. V roce 2010 uvedla na trh sulfidové polovodičové baterie. V roce 2014 dosáhla hustota energie experimentálního prototypu baterie 400Wh/kg. V únoru 2017 dosáhly patenty Toyoty spojené s bateriemi 30, což je mnohem více než u jiných společností. Podle vedení Toyoty, Toyota bude realizovat industrializaci sulfidu solid-state baterie v roce 2020. Kromě toho společnost Samsung také dosáhla určitých výsledků, když používala pevné elektrolyty na bázi sulfidu k vyzkoušení výroby 2000mAh, 175Wh / kg laminované zcela pevné sekundární baterie.

Domácí společnost CATL je také relativně zralá v sulfidových polovodičových bateriích a v současné době urychluje vývoj sulfidových lithiových kovových baterií pro elektromobily. Kromě toho stojí za zmínku, že Ganfeng Lithium nedávno dokončil první generaci projektu pilotního výzkumu a vývoje pevných baterií a jeho vzorků prošly inspekcí Čínského automobilového výzkumného ústavu Automobile Inspection Center a projekt nemá v Číně úspěšnou praxi precedentu, který je mezinárodním lídrem Technologický průlom se očekává, že v roce 2019 dosáhne masové výroby.

Ve srovnání s ternárními bateriemi mají polovodičové baterie tolik výhod, proč nebyly schopny dosáhnout masové výroby? Klíčem k polovodičovým bateriím jsou polovodičové elektrolytové materiály. Nejdůležitějším důvodem obtížnosti vývoje polovodičových baterií v této fázi je selhání elektrolytových materiálů k dosažení průlomů. Žádný ze stávajících anorganických pevných elektrolytů a polymerních elektrolytů nemá vysokou iontovou vodivost a mechanickou pevnost, ale má také dobré vlastnosti zpracování.

Technické problémy s napájecími lithiovými bateriemi byly vždy úzkým místem omezujícím vývoj nových energetických vozidel a překážkou, kterou je obtížné prolomit polovodičové baterie, je také technologie. V dnešní tvrdé konkurenci v odvětví energetických lithiových baterií jsou společnosti, které mají opravdu poslední smích, často ti, kteří ovládají klíčové technologie. Polovodičové baterie jsou důležitým směrem k vývoji technologií v budoucnu a již je to konsensus průmyslu. Zda čínské společnosti mohou vyhrát další "tvrdou bitvu", stále potřebuje společné úsilí kolegů v tomto odvětví.