Ideali sjaju u stvarnosti: sve čvrste baterije bit će masovno proizvedene

Protiv pozadine globalne energetske transformacije, nove energetske tehnologije se brzo razvijaju. Sve-solidne baterije, kao visoko obećavajuće tehnologije baterije sljedeće generacije, postepeno postaju fokus industrije. Nedavno su proizvođači automobila poput Changan automobila i BYD najavili raspored instalacije svih čvrstih državnih baterija, što ukazuje na to da se ubrzava proces komercijalizacije svih čvrstih državnih baterija.

Sve čvrste državne baterije odnose se na litijum-jonske baterije koje koriste elektrolite sa čvrstim stanjem. U pogledu principa rada, oni se ne razlikuju od tradicionalnih litijumskih baterija, već i njihovih jezgrenih, čvrstih elektrolita, daju im mnogo prednosti preko tradicionalnih tečnih litijumskih baterija.

U pogledu sigurnosnih performansi, elektrolit tradicionalnih tekućih litijumskih baterija je zapaljiv i isparljiv, što je važan uzrok požara električnog vozila, pa čak i eksplozija. Čvrsti elektrolit koji se koristi u sve čvrstim državnim baterijama nije zapaljivo, što u velikoj mjeri smanjuje rizik od izgaranja i eksplozije baterije i uvelike poboljšava sigurnost. Na primjer, neke čvrste baterije mogu izdržati visoke temperature od 1, 000 diploma i mogu nastaviti dovoditi napajanje čak i ako je ugao rezan.

U pogledu gustine energije, sve čvrste državne baterije imaju očite prednosti. Gustina energije tradicionalnih litijumskih baterija postepeno se prilazila uskaku. Gustoća energetske gustoće litijum željeza fosfatne baterije je 150-210 Wh / kg, a gornja granica ternarnih litijumskih baterija je oko 350Wh / kg. Očekuje se da će gustoća energetske gustoće svih čvrstih državnih baterija dostići više od 500Wh / kg. Na primjer, gustoća energije jinzhongzhao-a sve-solidna državna baterija koju je razvio Changan Automobile može dostići 400Wh / kg, a raspon krstarenja prelazi 1.500 kilometara kada se u potpunosti napuni, što uvelike ublažava tjeskobu. Istovremeno, čvrsti elektroliti mogu izdržati viši naponi, a jačinu baterije može se dodatno smanjiti, što uvelike poboljšava brzinu punjenja, a očekuje se da će se postići raspon krstarenja od 1, 000 kilometra nakon punjenja 10 minuta.

U pogledu stabilnosti ciklusa i visokih i niskih temperatura, sve čvrste državne baterije takođe rade dobro. Njegov životni vijek može dostići više od 10, 000 puta, što je mnogo veće od ternarnih litijumskih baterija i litijumčarskih gvožđah fosfatnih baterija, a može održavati dobre performanse u visokim i niskim temperaturnim okruženjima, što se čini u pravom punjenju i brzom gubitku tradicionalne litijumske baterije u niskim temperaturama zimi.

Trenutno postoje tri glavne tehničke rute za čvrste državne baterije: polimeri, oksidi i sulfide.

Polimerni elektroliti pripadaju kategoriji organskih elektrolita. Oni su fleksibilni, imaju dobre mehaničke svojstva, jednostavni su za obradu i oblikovanje, vrlo su kompatibilni s postojećim proizvodnim procesima za tekući elektrolit, lako je pripremiti tanke filmove u velikoj mjeri i postigli su malu masovnu proizvodnju. Međutim, njihova je provodljivost niska na sobnoj temperaturi, obično između 10⁻⁷ i 10⁻⁴s / cm, a treba ih zagrijati na više od 60 stepeni da rade pravilno. Imaju uski elektrohemijski prozor i relativno lošu toplinsku stabilnost.

Oksidni elektroliti su stabilni u zraku, imaju odličnu toplinsku stabilnost, mogu izdržati visoke temperature iznad 600 stepeni, imaju visoku mehaničku čvrstoću, mogu efikasno inhibirati rast litijumskih dendriti, a pogodni su za visokonaponske materijale za pozitivne elektrode poput visokog nikla. Trošak i poteškoća u istraživanju i D relativno su niski. Međutim, također ima problem niske ionske provodljivosti. Provodljivost na sobnoj temperaturi je obično između 10⁻⁶ i 10⁻³s / cm, koja treba poboljšati sintranje visoke temperature ili dodavanjem tekućih elektrolita, a impedancija sučelja s elektrodom je rezultirajući životnom ciklusom.

Sulfidni elektroliti imaju odlične performanse i najveća jonska provodljivost. Provodljivost na sobnoj temperaturi može dostići 10⁻² / cm, što je blizu nivoa tečnih elektrolita. Podržavaju brzo punjenje i pražnjenje, a teorijska gustina energije prelazi 500Wh / kg. Kompatibilni su s litijumskim metalnim negativnim elektrodama, imaju dobru termičku stabilnost, mekaju teksture i imaju jaku plastičnost. Međutim, oni imaju lošu hemijsku stabilnost i lako su reagirati s vlagom i kisikom u zraku kako bi se generirali toksični vodonik. Teško im je pripremiti i imati visoke troškove proizvodnje.

Globalno, mnoge su kompanije uložile u istraživanje i razvoj i proizvodnju svih čvrstih državnih baterija i ubrzale svoj izgled. Japanski proizvođači automobila započeli su rano u istraživanju i razvoju čvrstih državnih baterija.
Toyota Motors započeli su sa solidno-državnom istraživanju i razvojem baterije već 2006. godine, a nedavno su najavili da će početi male probu za 2026. godinu i masovnoj proizvodnji nakon 2030. godine;
Honda Motors najavili su da će započeti probnu proizvodnju svih čvrstih državnih baterija za čista električna vozila u januaru 2025. godine; Nissan planira započeti probnu proizvodnju čvrstih državnih baterija u svojoj Yokohama ove godine, te lansirati električna vozila opremljena sa svim čvrstim državnim baterijama do 2028. godine.

Kineske kompanije takođe ne žele zaostajati. CATL je izgradio pilot proizvodnu liniju za sve čvrste državne baterije i trenutno vrši optimizaciju procesa i provjeru proizvoda. Očekuje se da će masovno proizvoditi sve čvrste državne baterije u malom skali 2027. godine.

BYD je započeo istraživanje i razvoj sve solidnih državnih baterija u 2013. godini i započeo je provjeru izvodljivosti industrijalizacije baterije sa čvrstim državnim baterijama, prekrivanje ključne tehnologije materijala, razvoja i proizvodne linije za proizvodnju baterije. Očekuje se da će započeti masovnu demonstraciju i ugradnju svih čvrstih državnih baterija u 2027. i postizanje velike komercijalizacije nakon 2030. godine.

Changan Automobil planira lansirati 8 samorazrednih ćelija baterija, uključujući tečnost, polučvrsti i čvrste, do 2030. godine, za lansiranje funkcionalnih prototipa 2025. godine i za postepeno masovno proizvoditi sve-solid-državne baterije 2027. godine.

GAC AION je najavio da će postići masovnu proizvodnju i ugradnju sve čvrstih državnih baterija u 2026., a prvo će biti instaliran u svom vrhunskom marku HaoBo;

Chery Automobile planira postići sve solidnu državnu instalaciju baterije u 2026 i velikim masovnim proizvodnjom u 2027. godini;

SIIC GROUPA najavila je da će sve čvrste državne baterije biti masovno proizvedene i isporučene 2026. godine, a Zhiji Novi automobili opremljeni svim čvrstim državnim baterijama bit će masovno proizvedeni i isporučeni u 2027. godini.

Iz cjelokupne perspektive industrije, lanac industrije baterije sličan je sličan tečnim baterijama, pokrivajući uzvodno opskrbu sirovinama, srednjim materijalima i proizvodnjom baterije i proizvodnje. Uzvodno uglavnom pruža metalne resurse kao što su litijum, kobalt i nikl, kao i osnovne materijale za elektrolite sa čvrstim stanjem. Ima snažnu ovisnost o resursima, visoke tehničke barijere i visoku koncentraciju na tržištu. Midstream je osnovna veza istraživanja i razvoja i izrade baterije. Tehnološka inovacija je ključna pokretačka snaga, ali suočava se sa problemima složenih procesa i visokim troškovima. Polja za primenu nizvodno su široka, pokrivaju nova energetska vozila, skladištenje energije, potrošačke elektronike i druga polja, sa snažnom političkom podrškom i ogromnim tržišnim potencijalom.

Iako sve čvrste baterije imaju široke izglede, još uvijek se suočavaju sa mnogim izazovima na putu do komercijalne masovne proizvodnje.

Na tehničkom nivou, iako je postignut određeni napredak u čvrstim elektrolitima, pozitivnim i negativnim materijalima elektrode, itd., Još uvijek postoje neki osnovni naučni problemi i inženjerski tehnički problemi koji se moraju hitno riješiti. Na primjer, kako dalje poboljšati jonu provodljivost čvrstih elektrolita, poboljšati njihovu kompatibilnost s litijumskim metalnim materijalima i visoko specifičnim energetskim elektrodama i izgraditi kompatibilan i stabilan čvrsti sučelje. Različite tehničke rute također imaju vlastite nedostatke, poput loše hemijske stabilnosti i poteškoća za pripremu sulfidnih elektrolita, te niske jonske provodljivosti u oksidnih elektrolita. Ovi problemi zahtijevaju kontinuirano istraživanje i razvoj ulaganja za savladavanje.

Trošak je takođe važan faktor koji ograničava veliku primjenu svih čvrstih državnih baterija. Trenutno je trošak tekućeg litijum-jonske baterije. Materijalni trošak od 100- kilovat-satnog baterija sami prelazi 200, 000 yuan, koji je mnogo veći od postojećih tečnih baterija. Uzimanje sulfidnih čvrstih državnih baterija kao primer, retki metalni indijum koji je potreban za njegovu proizvodnju je skupi, a priprema litijumskih prekursora sulfida je teška i skupa, što dovodi do visokih ukupnih troškova baterija.

Na tržišnom nivou, čvrstim državnim baterijama, kao novim proizvodima, potrebna je određena vremena za dobivanje prepoznavanja i prihvatanja na tržištu. Iako imaju prednosti u gustini i sigurnosti energije, još uvijek postoji prostor za poboljšanje u usporedbi s tradicionalnim litijumskim baterijama u pogledu života ciklusa. Pored toga, iako su neke kompanije postigle dostavu uzorka malene pakete, još nisu formirale stabilne narudžbe, a postoji neizvjesnost u stvarnim izgledima za prijavu.

Gledajući u budućnost, očekuje se da će sve solidne baterije igrati važnu ulogu u mnogim poljima. Na polju novih energetskih vozila značajno će poboljšati raspon krstarenja vozilima, brzini sigurnosti i punjenja, promovirati novu industriju energetskog vozila na viši nivo i ubrzati elektrifikacijsku transformaciju automobilske industrije.

U polju skladištenja energije, visoke karakteristike ciklusa i dugog ciklusa živih baterija omogućavaju im efikasnije skladištenje električne energije, balansiraju opskrbu i potražnju električne energije i pružaju snažnu podršku za veliki pristup i stabilnom radu obnovljivih izvora energije.

U oblasti potrošačke elektronike, sve čvrste baterije mogu napraviti uređaje tanjim i izdržljivijim i poboljšati korisničko iskustvo.

Sa kontinuiranim napredovanjem tehnologije i razvoju industrije, izvršavanje sve solidnih državnih baterija nastavit će se poboljšati, a očekuje se da će se trošak postepeno smanjivati. Kontinuirana investicija i istraživanje i razvoj mnogih kompanija, kao i promocija suradnje inovacije između industrije, akademije i istraživanja, ubrzat će tehnološki proboj i komercijalizaciju svih čvrstih državnih baterija. Na nivou politike, vlade različitih zemalja neprestano povećavaju svoju podršku za nove energetske tehnologije, što će stvoriti i dobru političku okruženje za razvoj sve-solidne industrije baterije.

Kao ključ zapovijedanja konkursa za tehnologiju baterije za sljedeću generaciju, sve čvrste državne baterije suočavaju se sa više izazova poput tehnologije, troškova i tržišta, ali imaju svijetlu budućnost. U talasu globalne energetske transformacije i tehnološkog napretka očekuje se da će sve čvrste državne baterije postati temeljna sila za promociju transformacije za skladištenje energije i poslužitelja u novoj eri skladištenja energije.