Šta su solid-state baterije?

Već u maju ove godine, mnogi mediji su se raspisali o projektu od 6 milijardi solid-state baterija.

Nakon toga, neke kompanije za proizvodnju čvrstih baterija najavile su da će industrijalizirati potpuno čvrste baterije 2027. godine. Usledile su razne konferencije za štampu na kojima je objavljeno koliko visoka gustina energije i performanse ciklusa mogu biti. Često se može čuti gustoća energije jedne ćelije određene kompanije od 700+Wh/kg.

Dakle, šta je zapravo solid-state baterija? Koji nivo je tržište sada dostiglo? Nakon komunikacije sa mnogim prijateljima oko sebe, otkrio sam da je prvi koncept koji je lako pobrkati sa solid-state baterijama polučvrsti i potpuno čvrsti.

Može se reći da su gotovo sve takozvane solid-state baterije koje trenutno kruže na tržištu polu-solid-state baterije, odnosno mješavina čvrstog i tekućeg. Međutim, nakon rastavljanja mnogih solid-state baterija, ustanovljeno je da je takozvana mješavina čvrstog i tekućeg zapravo teško vidljiva, i da je gotovo ista kao i stanje tekućih baterija. Čak i kroz neke precizne karakterizacije, teško je pronaći tragove.

Postoje dvije reprezentativne kineske kompanije: Qingtao i Weilan. Qingtaoov glavni sistem je litijum gvožđe fosfat (naravno, oni takođe imaju ternarni sistem), a Weilan je predstavljen ternarnim (naravno, oni takođe imaju gvožđe litijum). Prva je uglavnom tehnologija keramičkih premaza, a druga se reklamira kao tehnologija očvršćavanja na licu mjesta (naglasak je na publicitetu). Rečeno je da Qingtao trenutno ima 380Wh/kg ćelija u opticaju, a Weilan trenutno prodaje ćelije od 350Wh/kg kapaciteta 110Ah.

Šta je sa potpuno čvrstim baterijama? Potpuno čvrste baterije uglavnom se dijele na okside, polimere i sulfide (naravno, postoje i halogenidi). Sudeći po trenutnom razvojnom statusu ukupnih vodećih kompanija, čitav tehnološki put je sulfidni. Takozvana sulfidna čvrsta baterija je zapravo mješavina pozitivnih i negativnih elektrodnih materijala sa elektrolitima i vezivnim provodljivim agensima kako bi se formirala pozitivna elektroda (naravno postoje suhe i mokre metode), a zatim elektrolit i mala količina veziva se miješaju kako bi se formirao film (naravno, postoje suhe i mokre metode). Ako se radi o mokroj metodi, sulfidni sistem je veoma osetljiv na sistem rastvarača i naravno potrebno je posebno vezivo. Konačno, pozitivna i negativna elektroda i elektrolitska membrana su naslagani sloj po sloj kako bi se formirala potpuno čvrsta baterija. Svaki od ovih procesa ima jaz koji blokira industrijalizaciju potpuno čvrstih baterija.

Druga stvar koju je lako zbuniti je solid-state baterija=visoke sigurnosti i velike gustine energije

Ovo je veliki nesporazum većine ljudi, uključujući i one u industriji. Oni misle da potpuno čvrste baterije imaju visoku gustinu energije. Mnogi ljudi izvan industrije često polažu svoje nade u potpuno poluprovodničke baterije, često govoreći "neće biti tekućine kada potpuno poluprovodne baterije izađu". U stvari, to nije slučaj. Da bismo razumjeli ovu logiku, prvo moramo krenuti od koncepta gustine energije: gustina energije=energija/težina, a energija je određena samim materijalom, tako da je gustina energije baterije ćelije određena materijalnim sistemom baterije.

Gvozdeno-litijumske baterije su trenutno 180Wh/kg. Budući da su ternarne baterije podijeljene na mnoge sisteme, njihova gustoća energije je u osnovi u rasponu od 240-360 ili čak 380Wh/kg (više od 285Wh/kg zahtijevaju materijale na bazi silicija). Naravno, sistem litijum kobalt oksida je u osnovi više od 200 energetskih gustina. Sada je mnoga propaganda gustine energije na tržištu dostigla 450, 500, 600 ili čak 700 Wh/kg ili više. U osnovi, materijal negativne elektrode je metalni litijum ili bez negativne elektrode. Ovo je ukupno stanje gustine energije. Materijali pozitivnih i negativnih elektroda potpuno čvrstih baterija nisu odvojeni od tekućih sirovina. Stoga, gustoća energije potpuno čvrstih baterija neće biti veća od gustoće energije tekućih baterija.

Visoka vrijednost o kojoj svi govore zapravo je zasnovana na očekivanju da potpuno čvrste baterije mogu koristiti negativne elektrode litij metala da postignu visoku gustoću energije ćelije baterije nakon rješavanja sigurnosnog problema, ali ta poteškoća nije ništa manja od rješavanja problema. sigurnosni problem tečnih litijum metalnih baterija. Stoga je neodrživo reći da je gustoća energije čvrstih baterija niska. Naprotiv, od trenutnog stanja razvoja, gustoća energije potpuno čvrstih baterija će biti niža. Prvi dolazi od primjene visokoenergetskih sistemskih materijala, drugi dolazi od udjela aktivnih materijala, treći dolazi od debljine elektrolitne membrane, a četvrti dolazi od problema da svi ne plaćaju trenutno posvećuje veliku pažnju. Za rad potpuno čvrstih baterija potrebna je stezaljka visokog pritiska. Stezaljka će povećati težinu električne opreme tokom stvarne upotrebe, smanjujući na taj način prednost gustoće energije baterije u određenoj mjeri.

Sve u svemu, potpuno poluprovodničke baterije uvelike su poboljšale sigurnost (postoje stvarni testovi), ali kao sulfidna čvrsta baterija s mekim materijalom za pakovanje, sam sulfid je materijal s velikim sigurnosnim rizicima. Drugo, poboljšanje sigurnosti potpuno čvrstih baterija je također ograničeno. Nije inherentno sigurno. U određenoj mjeri, još uvijek može izazvati termički bijeg baterije.

Gore navedeno je relativno makroskopsko razumijevanje trenutnih solid-state baterija, uključujući potpuno čvrste i polu-čvrste baterije. Naravno, dugoročno gledano, potpuno čvrsto stanje je i dalje optimistično. Iz trenutne situacije, teškoća rješavanja sigurnosnih problema visokoenergetskih tekućih baterija nije nužno manja od teškoća razvoja nove generacije visoko-sigurnosnih potpuno čvrstih baterija. Vjerujem da zajedničkim naporima uzvodnih i nizvodnih industrijskih lanaca možemo probiti status quo i ostvariti revoluciju.

Napomena: Većina članaka koji se ponovo štampaju na ovoj stranici prikupljeni su sa interneta. Autorsko pravo na članke pripada originalnom autoru i izvornom izvoru. Stavovi u članku su samo za dijeljenje i komunikaciju. Ako ima problema sa autorskim pravima, javite mi i riješit ću to na vrijeme.