Bərk vəziyyətdə olan batareyalar: yeni nəsil batareya marşrutu

Bərk vəziyyətdə olan batareyalar: yeni nəsil batareya marşrutu

Mayın 14-də, "The Korea Times" və digər KİV-in məlumatına görə, Samsung, Hyundai ilə elektrikli nəqliyyat vasitələrinin inkişafı və Hyundai elektrik avtomobilləri üçün enerji batareyaları və digər əlaqəli avtomobil hissələri təmin etmək üçün əməkdaşlıq etməyi planlaşdırır. Media, Samsung və Hyundai-nin tezliklə akkumulyator təchizatı ilə bağlı məcburi olmayan anlaşma memorandumu imzalayacağını proqnozlaşdırır. Bildirilir ki, “Samsung” Hyundai-a ən son bərk cisim akkumulyatorunu təqdim edib.

Samsung-un sözlərinə görə, onun prototip akkumulyatoru tam doldurulduqda, o, elektrik avtomobilinə eyni vaxtda 800 kilometrdən çox məsafə qət etməyə imkan verə bilər, akkumulyatorun işləmə müddəti isə 1,000 dəfədən artıqdır. Onun həcmi eyni tutumlu litium-ion batareyadan 50% kiçikdir. Bu səbəbdən, bərk hallı akkumulyatorlar yaxın on ildə elektrik avtomobilləri üçün ən uyğun güc akkumulyatorları hesab edilir.

2020-ci ilin mart ayının əvvəlində Samsung Qabaqcıl Tədqiqatlar İnstitutu (SAIT) və Yaponiyanın Samsung Tədqiqat Mərkəzi (SRJ) “Nature Energy” jurnalında “Gümüş tərəfindən aktivləşdirilən yüksək enerjili uzun dövrəli tam bərk hallı litium metal batareyaları” nəşr etdi. -Karbon kompozit anodları" bərk cisimli akkumulyatorlar sahəsində ən son inkişafını təqdim etdi.

Bu akkumulyator yüksək temperaturda alışmayan bərk elektrolitdən istifadə edir və ponksiyon qısa qapanmalarının qarşısını almaq üçün litium dendritlərin böyüməsini də maneə törədə bilər. Bundan əlavə, o, anod kimi enerji sıxlığını 900Wh/L-ə qədər artıra bilən gümüş-karbon (Ag-C) kompozit təbəqəsindən istifadə edir, 1000-dən çox dövrə uzunluğuna malikdir və çox yüksək kulon səmərəliliyinə (yükləmə) malikdir. və atqı səmərəliliyi) 99.8% təşkil edir. Bir ödənişdən sonra batareyanı idarə edə bilər. Avtomobil 800 kilometr yol qət edib.

Bununla belə, məqaləni dərc edən SAIT və SRJ texnologiyaya diqqət yetirən Samsung SDI deyil, elmi tədqiqat institutlarıdır. Məqalədə yalnız yeni batareyanın prinsipi, strukturu və performansı aydınlaşdırılır. İlkin hesab edilir ki, akkumulyator hələ də laboratoriya mərhələsindədir və qısa müddətdə kütləvi istehsalı çətin olacaq.

Bərk hallı akkumulyatorların ənənəvi maye litium-ion batareyalarından fərqi ondan ibarətdir ki, elektrolitlər və separatorlar yerinə bərk elektrolitlər istifadə olunur. Litium-interkalasiyalı qrafit anodlarından istifadə etmək lazım deyil. Bunun əvəzinə anod kimi metal litium istifadə olunur ki, bu da anod materiallarının sayını azaldır. Daha yüksək bədən enerji sıxlığı (>350Wh/kq) və daha uzun ömürlü (>5000 dövr), həmçinin xüsusi funksiyaları (çeviklik kimi) və digər tələbləri olan enerji batareyaları.

Yeni sistem batareyalarına bərk hallı batareyalar, litium axın batareyaları və metal-hava batareyaları daxildir. Üç bərk hallı batareyanın öz üstünlükləri var. Polimer elektrolitləri üzvi elektrolitlər, oksidlər və sulfidlər isə qeyri-üzvi keramika elektrolitləridir.

Qlobal bərk cisim akkumulyatoru şirkətlərinə nəzər salsaq, yeni başlayanlar var və beynəlxalq istehsalçılar da var. Şirkətlər müxtəlif inanclara malik elektrolit sistemində təkdirlər və texnologiya axını və ya inteqrasiya tendensiyası yoxdur. Hazırda bəzi texniki marşrutlar sənayeləşmə şərtlərinə yaxındır və bərk cisim akkumulyatorlarının avtomatlaşdırılması yolu davam etdirilir.

Avropa və Amerika şirkətləri polimer və oksid sistemlərinə üstünlük verirlər. Fransız şirkəti Bolloré polimer əsaslı bərk cisim batareyalarının kommersiyalaşdırılmasında liderlik etdi. 2011-ci ilin dekabr ayında onun 30 kVt-saatlıq bərk cisim polimer batareyaları + elektrik ikiqatlı kondansatörlərlə təchiz edilmiş elektrik avtomobilləri dünyada ilk dəfə olaraq ortaq avtomobil bazarına çıxdı. Elektrikli avtomobillər üçün kommersiya bərk hallı batareyalar.

Sakti3, nazik təbəqə oksidi bərk hallı akkumulyator istehsalçısı, 2015-ci ildə Britaniyanın məişət texnikası nəhəngi Dyson tərəfindən alınıb. O, nazik təbəqənin hazırlanması xərclərinə və geniş miqyaslı istehsalın çətinliyinə tabedir və heç bir kütləvi istehsal olmamışdır. uzun müddət istehsal məhsulu.

Maksvellin bərk cisimli akkumulyatorlar üçün planı əvvəlcə kiçik batareya bazarına daxil olmaq, 2020-ci ildə onları kütləvi istehsal etmək və 2022-ci ildə enerjinin saxlanması sahəsində istifadə etməkdir. Sürətli kommersiya tətbiqi naminə Maksvell əvvəlcə yarı batareyaları sınaqdan keçirməyi düşünə bilər. qısa müddətdə bərk batareyalar. Yenə də yarı bərk batareyalar daha bahalıdır və ilk növbədə xüsusi tələbat sahələrində istifadə olunur, bu da geniş miqyaslı tətbiqləri çətinləşdirir.

Nazik təbəqə olmayan oksid məhsulları əla ümumi performansa malikdir və hazırda inkişafda populyardır. Həm Tayvan Huineng, həm də Jiangsu Qingdao bu trekdə tanınmış oyunçulardır.

Yaponiya və Koreya şirkətləri sulfid sisteminin sənayeləşmə problemlərinin həllinə daha çox sadiqdirlər. Toyota və Samsung kimi nümayəndə şirkətləri yerləşdirməni sürətləndirdi. Sulfid bərk hallı batareyalar (litium-kükürdlü batareyalar) yüksək enerji sıxlığı və aşağı qiymətə görə böyük inkişaf potensialına malikdir. Onların arasında Toyota-nın texnologiyası ən qabaqcıldır. Amper səviyyəli Demo batareyaları və elektrokimyəvi performansı buraxdı. Eyni zamanda, daha böyük batareya paketi hazırlamaq üçün elektrolit kimi daha yüksək otaq temperaturu keçiriciliyinə malik LGPS-dən də istifadə etdilər.

Yaponiya ümummilli tədqiqat və inkişaf proqramına başlamışdır. Ən perspektivli ittifaq Toyota və Panasonic-dir (Toyota-da bərk cisimli akkumulyatorların yaradılması ilə məşğul olan 300-ə yaxın mühəndis var). Beş il ərzində bərk cisimli batareyaları kommersiyalaşdıracağını söylədi.

Toyota və NEDO tərəfindən hazırlanmış tam bərk vəziyyətli akkumulyatorların kommersiyalaşdırılması planı mövcud LIB yüksək keyfiyyətli və zərərli materiallardan istifadə edərək tam bərk hallı akkumulyatorların (birinci nəsil batareyalar) hazırlanması ilə başlayır. Bundan sonra, enerji sıxlığını artırmaq üçün yeni müsbət və mənfi materiallardan istifadə edəcək (növbəti nəsil batareyalar). Toyota-nın 2022-ci ildə bərk cisim elektrik avtomobillərinin prototiplərini istehsal edəcəyi gözlənilir və 2025-ci ildə bəzi modellərdə bərk cisim batareyalarından istifadə edəcək. 2030-cu ildə kütləvi istehsal tətbiqlərinə nail olmaq üçün enerji sıxlığı 500Wh/kq-a çata bilər.

Patent nöqteyi-nəzərindən, bərk cisimli litium batareyaları üçün ilk 20 patent müraciətçisi arasında Yapon şirkətləri 11-dir. Ən çox müraciət edən Toyota 1,709-a çataraq ikinci Panasonic-dən 2.2 dəfə çoxdur. İlk 10 şirkət Yaponiyada 8, Cənubi Koreyada 2 şirkət olmaqla, hamısı Yapon və Cənubi Koreya şirkətləridir.

Patent sahiblərinin qlobal patent sxemi baxımından Yaponiya, ABŞ, Çin, Cənubi Koreya və Avropa əsas ölkələr və ya bölgələrdir. Yerli müraciətlərə əlavə olaraq, Toyota ABŞ və Çində ən çox müraciət sayına malikdir və ümumi patent müraciətlərinin müvafiq olaraq 14.7%-ni və 12.9%-ni təşkil edir.

Ölkəmdə bərk cisimli akkumulyatorların sənayeləşdirilməsi də daim tədqiq olunur. Çinin texniki marşrut planına görə, 2020-ci ildə, o, tədricən bərk elektrolit, yüksək xüsusi enerji katod material sintezi və üç ölçülü çərçivə strukturu litium ərintisi tikinti texnologiyasını həyata keçirəcək. O, 300Wh/kq kiçik tutumlu tək batareya nümunəsi istehsalını tanıyacaq. 2025-ci ildə bərk vəziyyətdə olan batareya interfeysinə nəzarət texnologiyası 400Wh/kq böyük tutumlu tək batareya nümunəsi və qrup texnologiyasını həyata keçirəcək. 2030-cu ildə bərk cisimli batareyaların və litium-kükürdlü akkumulyatorların kütləvi istehsal oluna və təbliğ oluna biləcəyi gözlənilir.

CATL-in IPO-nun maliyyələşdirmə layihəsində yeni nəsil batareyalara bərk cisimli batareyalar daxildir. NE Times xəbərlərinə görə, CATL ən azı 2025-ci ilə qədər bərk cisim batareyalarının kütləvi istehsalına nail olmağı gözləyir.

Bütövlükdə, polimer sistem texnologiyası ən yetkindir və ilk EV səviyyəli məhsul doğulur. Onun konseptual və gələcəyə hesablanmış təbiəti, gec gələnlər tərəfindən tədqiqat və inkişafa investisiyaların sürətləndirilməsinə səbəb oldu, lakin performansın yuxarı həddi artımı məhdudlaşdırır və qeyri-üzvi bərk elektrolitlərlə birləşmə gələcəkdə mümkün həll yolu olacaqdır; oksidləşmə; Material sistemində nazik təbəqə növlərinin inkişafı potensialın genişləndirilməsinə və geniş miqyaslı istehsala yönəldilmişdir və qeyri-film növlərinin ümumi performansı daha yaxşıdır ki, bu da cari tədqiqat və inkişafın diqqət mərkəzindədir; sulfid sistemi elektrik nəqliyyat vasitələri sahəsində ən perspektivli bərk cisimli akkumulyator sistemidir, lakin böyümə və yetişməmiş texnologiya üçün kütləvi otaq ilə qütbləşmiş bir vəziyyətdə, təhlükəsizlik məsələlərinin və interfeys məsələlərinin həlli gələcəyin diqqət mərkəzindədir.

Bərk-dövlət batareyalarının üzləşdiyi problemlərə əsasən aşağıdakılar daxildir:

• Xərclərin azaldılması.
• Bərk elektrolitlərin təhlükəsizliyinin artırılması.
• Doldurma və boşaltma zamanı elektrodlar və elektrolitlər arasında əlaqənin saxlanması.

Litium-kükürdlü batareyalar, litium-hava və digər sistemlər bütün batareya strukturunun çərçivəsini dəyişdirməlidir və getdikcə daha çox əhəmiyyətli problemlər var. Bərk-dövlət batareyalarının müsbət və mənfi elektrodları mövcud sistemdən istifadə etməyə davam edə bilər və həyata keçirilməsinin çətinliyi nisbətən kiçikdir. Yeni nəsil batareya texnologiyası olaraq, bərk cisimli batareyalar daha yüksək təhlükəsizlik və enerji sıxlığına malikdir və litiumdan sonrakı dövrdə yeganə yol olacaq.