Как се развива сегашната разработка на твърдо-държавни батерии?

Батериите в твърдо състояние се отнасят за батерии, произведени с електроди от твърдо състояние и електролити в твърдо състояние. Различни от съществуващите батерии за течно оформление, те са една от основните посоки за разработването на нови акумулатори за акумулатори за енергия в бъдеще. Наскоро, когато Volkswagen Group обяви своя финансов отчет за второто тримесечие, изпълнителният директор на Volkswagen Group Herbert Diss заяви, че Volkswagen планира самостоятелно да произвежда твърдоводни батерии, а масовото производство може да започне през 2024 или 2025 г. Според националната "Пътна карта за енергоспестяване и нови технологии за енергийни превозни средства" до 2025 г. целта за постигане на литиеви батерии за чисти електрически превозни средства е 400Wh/kg, а целта през 2030 г. е 500Wh/kg. Що се отнася до широко използваната понастоящем триизброена батерия, съществуващото на този етап техническо блокиране затруднява постигането на горепосочените цели.

Ако енергийната плътност на литиевите батерии е да постигне целта за постигане на енергийна плътност, по-голяма от 500Wh/kg, както е предвидено, съществуващата система за електролитни батерии с течност може да е безсилна. Като технологичен маршрут за акумулатори от следващо поколение за 500Wh / kg, изследването и развитието на акумулаторна система в твърдо състояние се превърна в твърда нужда. Средносрочното и дългосрочното развитие на новата енергийна автомобилна промишленост изисква нови технически резерви, а литиево-йонните батерии от твърдо състояние се очаква да се превърнат в доминиращ технологичен маршрут за следващото поколение литиеви батерии за автомобилната мощност. Тя е не само важна посока на развитие за второстепенни батерии в бъдеще, но и важна задача в момента.

Какви са предимствата на твърдо-течната батерия в сравнение с тритечни батерии? На първо място, по отношение на енергийната плътност електрохимичният прозорец на органични електролити, които понастоящем се използват в тригерни и други литиево-йонни батерии, е ограничен и е трудно да бъде съвместим с метални литиеви аноди и новоразработени катодни катодни материали с висок потенциал. Твърдите електролити обаче обикновено имат по-голяма електрическа мощност от органичните електролити. Химическият прозорец помага за допълнително увеличаване на енергийната плътност на батерията. На второ място, по отношение на обема, тъй като електролитът се заменя с твърд електролит, обемът на твърдата батерия ще бъде по-малък при същата енергийна плътност. Със същото количество мощност, твърдо състояние батерии ще станат по-малки. При положение, че плътността на енергията остава еднаква, масата и обемът на твърдо състояние на батерията със същото зареждане ще бъдат по-малки от тази на електролитната батерия на течността. Не само това, защото няма електролит в твърдо състояние батерия, е по-лесно да го запечата. При използването му в широкомащабно оборудване, като например автомобили, не е необходимо да се добавят допълнителни охладителни тръби, електронни устройства за управление и т.н., което спестява разходи, като същевременно намалява собственото си тегло. След като се използва твърд електролит, графитният отрицателен електрод може да бъде заменен с метален литий, което значително намалява теглото на цялата батерия.

От гледна точка на оформлението на твърдо-държавните батерии в различни страни, Тойота е по-напреднала в технологиите. Стартира сулфидни твърдоводни акумулатори през 2010 година. През 2014 г. енергийната плътност на експерименталния прототип на акумулатора достигна 400wh/kg. От февруари 2017 г. патентите на Toyota, свързани с акумулатори, са 30, много по-високи от другите компании. Според изпълнителните директори на Toyota, Toyota ще реализира индустриализацията на сулфидни твърдоводни акумулатори през 2020 година. В допълнение, Samsung също постигна определени резултати, като използва твърди електролити на базата на сулфидни за пробна продукция 2000mAh, 175Wh / kg ламинирана изцяло твърда вторична батерия.

Домашната компания CATL също е сравнително зряла в твърдо състояние батерии и в момента ускорява развитието на сулфид на всички твърдо-твърди батерии за литиево-метални батерии за ЕПС. В допълнение, трябва да се отбележи, че Ganfeng Литий наскоро завърши първо поколение твърдо поколение твърдоводните батареи проект пилотна линия, и неговите проби са преминали проверката на Китайския институт за проверка на автомобили, и проектът няма успешна практика прецедент в Китай, който е международен лидер Технологичната пробив се очаква да постигне масово производство през 2019.

В сравнение с тригерните батерии, акумулаторите в твърдо състояние имат толкова много предимства, защо не са успели да постигнат масово производство? Ключът към твърдо състояние батерии са твърдо състояние електролитни материали. Най-важната причина за трудността при разработването на твърдотелни батерии на този етап е провалът на електролитните материали за постигане на пробиви. Нито един от съществуващите неорганични твърди електролитни и полимерни електролитни материали няма висока йонна проводимост и механична якост, но също така има добри преработвателни свойства.

Техническите проблеми на литиевите батерии винаги са били пречката, ограничаваща развитието на нови енергийни превозни средства, а трюмът, през който акумулаторите с твърдо състояние трудно могат да се пробият, също е в технологията. В днешната жестока конкуренция в индустрията за литиево-акумулаторни батерии, компаниите, които наистина имат последния смях, често са тези, които овладяват основните технологии. Акумулаторите в твърдо състояние са важна насока за развитие на технологиите в бъдеще и вече е консенсусът на индустрията. Дали китайските компании могат да спечелят следващата "тежка битка" все още се нуждае от съвместните усилия на колегите в бранша.