Idealai šviečia realybe: Visos kietos būsenos baterijos bus pagamintos masiškai

Atsižvelgiant į pasaulinės energijos transformacijos foną, sparčiai vystosi naujos energijos technologijos. Visų kietųjų būsenų baterijos, kaip labai perspektyvi naujos kartos akumuliatorių technologija, pamažu tampa pramonės akcentu. Neseniai tokie automobilių gamintojai kaip „Changan Automobile“ ir „BYD“ paskelbė visų tvirtų būklės akumuliatorių diegimo grafiką, tai rodo, kad visų tvirtų būsenų baterijų komercializavimo procesas spartėja.

Visos kietos būsenos baterijos nurodo ličio jonų baterijas, kuriose naudojami kietojo kūno elektrolitai. Kalbant apie darbo principus, jie nesiskiria nuo tradicinių ličio baterijų, tačiau jų pagrindiniai kietojo kūno elektrolitai suteikia jiems daug pranašumų, palyginti su tradicinėmis skystųjų ličio baterijomis.

Kalbant apie saugos veikimą, tradicinių skystųjų ličio baterijų elektrolitas yra degus ir nepastovus, o tai yra svarbi elektrinių transporto priemonių gaisrų ir net sprogimų priežastis. Kietas elektrolitas, naudojamas visoje kietojoje būsenoje, nėra degus, o tai labai sumažina akumuliatoriaus degimo ir sprogimo riziką ir labai pagerina saugumą. Pvz., Kai kurios kietojo kūno baterijos gali atlaikyti aukštą 1, 000 laipsnių temperatūrą ir gali tęsti tiekimo galią, net jei kampas supjaustomas.

Kalbant apie energijos tankį, visos kietos būklės baterijos turi akivaizdžių pranašumų. Tradicinių ličio baterijų energijos tankis palaipsniui priartėjo prie kliūties. Ličio geležies fosfato baterijų energijos tankis yra 150-210 wh/kg, o viršutinė trišakių ličio baterijų riba yra apie 350Wh/kg. Tikimasi, kad visų kietųjų būklės baterijų energijos tankis pasieks daugiau nei 500Wh/kg. Pavyzdžiui, „Changan Automobile“ sukurta „Jinzhongzhao“ energijos tankis, kurį sukūrė „Changan Automobile“, gali pasiekti 400Wh/kg, o kruizo diapazonas viršija 1500 kilometrų, kai jis yra visiškai įkrautas, o tai labai palengvina diapazono nerimą. Tuo pačiu metu kieti elektrolitai gali atlaikyti aukštesnę įtampą, o akumuliatoriaus tūris gali būti dar labiau sumažintas, o tai žymiai pagerina įkrovimo greitį, ir tikimasi, kad kreiserinio diapazonas bus 1, 000 kilometrų po įkrovimo 10 minučių.

Kalbant apie ciklo stabilumą ir aukštą bei žemos temperatūros našumą, taip pat gerai veikia visos kietos būsenos baterijos. Jo ciklo tarnavimo laikas gali pasiekti daugiau nei 10, 000 kartų, kuris yra daug didesnis nei trišakių ličio baterijų ir ličio geležies fosfato baterijų, ir jis gali išlaikyti gerą našumą aukštos ir žemos temperatūros aplinkoje, veiksmingai išsprendžiant lėto įkrovimo problemą ir greitai prarasti tradicinius ličio akumuliatorius žiemą.

Šiuo metu yra trys pagrindiniai kietojo kūno baterijų techniniai maršrutai: polimerai, oksidai ir sulfidai.

Polimerų elektrolitai priklauso organinių elektrolitų kategorijai. Jie yra lankstūs, turi gerų mechaninių savybių, lengvai apdorojami ir formuojasi, yra labai suderinami su esamais skystų elektrolitų gamybos procesais, lengvai paruošiami plonomis plėvelėmis dideliu mastu ir pasiekė nedidelio masto masės gamybą. Tačiau jų laidumas kambario temperatūroje yra žemas, paprastai nuo 10 ⁻⁷ iki 10⁻⁴s/cm, todėl juos reikia pašildyti iki 60 laipsnių, kad tinkamai veiktų. Jie turi siaurą elektrocheminį langą ir santykinai prastą šiluminį stabilumą.

Oksido elektrolitai yra stabilūs ore, turi puikų šiluminį stabilumą, gali atlaikyti aukštą aukštą temperatūrą, aukštesnę kaip 600 laipsnių, turi didelį mechaninį stiprumą, gali efektyviai slopinti ličio dendritų augimą ir yra tinkami aukštos įtampos teigiamoms elektrodams, tokiems kaip aukšto nikelio trišakių medžiagų. MTTP išlaidos ir sunkumai yra palyginti mažos. Tačiau jis taip pat turi mažo joninio laidumo problemą. Laidumas kambario temperatūroje paprastai yra nuo 10⁻⁶ iki 10⁻³s/cm, kurį reikia pagerinti sukepinant aukštą temperatūrą arba pridedant skysčių elektrolitų, o sąsajos varža su elektrodu yra aukšta, todėl trumpas ciklo tarnavimo laikas.

Sulfido elektrolitai pasižymi puikiu našumu ir didžiausiu joniniu laidumu. Laidumas kambario temperatūroje gali siekti 10⁻²/cm, kuris yra artimas skystų elektrolitų lygiui. Jie palaiko greitą įkrovimą ir iškrovimą, o teorinis energijos tankis viršija 500Wh/kg. Jie yra suderinami su ličio metalo neigiamais elektrodais, turi gerą šiluminį stabilumą, yra minkšti tekstūra ir turi stiprų plastiškumą. Tačiau jie turi blogą cheminį stabilumą ir lengvai reaguoja su drėgme ir deguonimi ore, kad būtų sukurtos toksiškos vandenilio sulfido dujos. Juos sunku paruošti ir turi dideles gamybos sąnaudas.

Visame pasaulyje daugelis kompanijų investavo į visų tvirtų valstybių baterijų tyrimus ir plėtrą bei gamybą ir pagreitino jų išdėstymą. Japonijos automobilių gamintojai pradėjo ankstyvą kietojo kūno baterijų tyrimus ir plėtrą.
„Toyota Motors“ pradėjo kietojo kūno akumuliatorių tyrimus ir plėtrą jau 2006 m. Ir neseniai paskelbė, kad 2026 m. Ji pradės nedidelio masto bandymų gamybą ir masinę gamybą po 2030 m.;
2025 m. Sausio mėn. „Honda Motors“ paskelbė, kad pradės gaminti visų tvirtų valstybių baterijas, skirtas grynoms elektrinėms transporto priemonėms; Šiais metais „Nissan“ planuoja pradėti kietojo kūno akumuliatorių bandomąją gamybą savo „Yokohama“ gamykloje ir išleisti elektrines transporto priemones, kurių iki 2028 m. Iki 2028 m.

Kinijos kompanijos taip pat nenori atsilikti. „CATL“ sukūrė pilotinę visų tvirtų būsenų baterijų gamybos liniją ir šiuo metu vykdo proceso optimizavimą ir produkto tikrinimą. Tikimasi, kad 2027 m. Masinės visos kietos būklės baterijos bus mažos.

2013 m. BYD pradėjo visų tvirtų būklės baterijų tyrimus ir plėtrą ir pradėjo tikrinimo kietojo kūno akumuliatoriaus industrializacijos galimybių patikrinimą, apimantį pagrindinių medžiagų technologijų proveržius, akumuliatorių ląstelių sistemos kūrimą ir gamybos linijų konstrukciją. Tikimasi, kad 2027 m. Pradės masinę demonstraciją ir visų tvirtų būklės baterijų įrengimą ir po 2030 m. Pasieks didelio masto komercializavimą.

„Changan Automobile“ planuoja išleisti 8 savarankiškai sukurtas akumuliatorių ląsteles, įskaitant skysčius, pusiau kietą ir kietą, iki 2030 m., Kad 2025 m. Pradėtų funkcinius prototipus ir palaipsniui masiškai gaminti visų kietųjų būsenų baterijas 2027 m.

GAC aion paskelbė, kad 2026 m. Pasieks masinę visų vientisų būsenų baterijų gamybą ir montavimą, o pirmiausia bus įdiegta į savo aukščiausios klasės prekės ženklą „Haobo“;

„Chery“ automobilių planai 2026 m. Planuoja pasiekti visos kietos būklės akumuliatorių įrengimą ir didelio masto masinę gamybą 2027 m.;

„SAIC Group“ paskelbė, kad visos kietos būklės baterijos bus pagamintos masiškai ir pristatytos 2026 m., O nauji „Zhiji“ automobiliai, kuriuose įrengtos visos tvirtos būklės baterijos, bus masiškai gaminamos ir pristatytos 2027 m.

Žvelgiant iš visos pramonės perspektyvos, kietojo kūno akumuliatorių pramonės grandinė yra panaši į skystų baterijų, apimančių aukščiau esančią žaliavų tiekimą, vidurio srauto akumuliatorių medžiagas ir gamybos bei pasroviui pritaikymo vietas. Aukščiausioje dalyje daugiausia yra metalinių išteklių, tokių kaip ličio, kobaltas ir nikelis, taip pat pagrindinės kietojo kūno elektrolitų medžiagos. Jis turi stiprią priklausomybę nuo išteklių, dideles technines kliūtis ir didelę rinkos koncentraciją. Vidurinė dalis yra pagrindinė akumuliatorių tyrimų ir plėtros bei gamybos grandis. Technologinės naujovės yra pagrindinė varomoji jėga, tačiau ji susiduria su sudėtingų procesų ir didelio išlaidų spaudimo problemomis. Pasrovio taikymo laukai yra platūs, apimantys naujas energetines transporto priemones, energijos kaupimą, vartotojams elektroniką ir kitus laukus, turintys tvirtą politikos palaikymą ir didžiulį rinkos potencialą.

Nors visos tvirtos būklės akumuliatoriai turi plačias perspektyvas, jos vis dar susiduria su daugybe iššūkių, keliaujančių į komercinę masinę gamybą.

Techniniu lygmeniu, nors tam tikra pažanga buvo padaryta kietų elektrolitų, teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagų ir kt., Vis dar yra keletas pagrindinių mokslinių problemų ir inžinerinių techninių problemų, kurias reikia skubiai išspręsti. Pvz., Kaip dar labiau pagerinti kietų elektrolitų joninį laidumą, pagerinti jų suderinamumą su ličio metalo ir aukštos specifinėmis energijos elektrodų medžiagomis ir sukurti suderinamą ir stabilią kietos kietos medžiagos sąsają. Skirtingi techniniai maršrutai taip pat turi savo trūkumus, tokius kaip prastas cheminis stabilumas ir sunku paruošti sulfido elektrolitus bei mažą joninį oksido elektrolitų laidumą. Šioms problemoms įveikti reikia nuolatinių mokslinių tyrimų ir plėtros investicijų.

Kaina taip pat yra svarbus veiksnys, ribojantis didelio masto visų tvirtų būsenų baterijų taikymą. Šiuo metu skystųjų ličio jonų akumuliatorių monomerų kaina yra maždaug 0. 5 juanių vienai vatei valandai, o kietojo kūno baterijų medžiagų kaina yra didesnė nei 2 juanių vienai vatos valandai be didelio masto masinės gamybos. Vien 100- {11}} kilovatvalandinės akumuliatoriaus pakuotės medžiagos kaina viršija 200, 000} yuan, kuris yra daug didesnis nei esamos skystos baterijos. Kaip pavyzdį vartojant sulfido kietojo kūno baterijas, jo gamybai reikalingas retas metalinis indis yra brangus, o ličio sulfido pirmtakų paruošimas yra sunkus ir brangus, todėl didelės bendros akumuliatorių kainos.

Rinkos lygiu kietojo kūno baterijoms, kaip naujiems produktams, reikia tam tikro laiko, kad būtų galima pripažinti rinką ir pripažinti. Nors jie turi energijos tankio ir saugos pranašumų, vis dar yra galimybių tobulinti, palyginti su tradicinėmis ličio baterijomis, atsižvelgiant į ciklo tarnavimo laiką. Be to, nors kai kurios įmonės pasiekė mažų partijų pavyzdžių pristatymą, jos dar nesudarė stabilių užsakymų, ir faktinės paraiškos perspektyvos yra netikrumo.

Tikimasi, kad žvelgiant į ateitį, tikimasi, kad visos tvirtos būsenos baterijos vaidins svarbų vaidmenį daugelyje sričių. Naujų energetinių transporto priemonių srityje tai žymiai pagerins transporto priemonių kruizo diapazoną, saugą ir įkrovimo greitį, skatins naujos energetikos transporto priemonių pramonę aukštesnio lygio ir paspartins automobilių pramonės elektrifikavimo transformaciją.

Energijos kaupimo srityje visų kietųjų būklės baterijų didelio energijos tankis ir ilgo ciklo gyvenimo charakteristikos leidžia efektyviau laikyti elektrą, subalansuoti elektros energijos tiekimą ir paklausą ir užtikrinti tvirtą palaikymą didelio masto prieigai ir stabiliai eksploatuoti atsinaujinančią energiją.

Vartojimo elektronikos srityje visos kietos būklės baterijos gali padaryti įrenginius plonesnius ir patvaresnius bei pagerinti vartotojo patirtį.

Nuolat tobulėjant technologijoms ir plėtojant pramonės plėtrą, vis labiau pagerės visos tvirtos būklės baterijų našumas, ir tikimasi, kad išlaidos palaipsniui mažės. Nuolatinės daugelio kompanijų investicijos ir moksliniai tyrimai ir plėtros, taip pat pramonės, akademinės bendruomenės ir tyrimų bendradarbiavimo inovacijų skatinimas paspartins technologinį proveržį ir komercializavimą visų tvirtų būsenų baterijose. Politikos lygmeniu įvairių šalių vyriausybės nuolat didina savo paramą naujoms energetikos technologijoms, kurios taip pat sukurs gerą politinę aplinką, skirtą visiškai tvirtos valstijos akumuliatorių pramonei plėtoti.

Kaip svarbiausi naujos kartos akumuliatorių technologijos varžybų aukščiai, visos tvirtos būklės baterijos susiduria su daugybe iššūkių, tokių kaip technologija, kaina ir rinka, tačiau jos turi šviesią ateitį. Tikimasi, kad visuotinės energijos transformacijos ir technologinės pažangos bangos metu visos kietos būklės baterijos taps pagrindine jėga skatinti energijos kaupimo transformaciją ir įvesti naują energijos kaupimo erą.