Tahkisakud: järgmise põlvkonna akude teekond

Tahkisakud: järgmise põlvkonna akude teekond

14. mail plaanib Samsung "The Korea Timesi" ja teiste meediaväljaannete kohaselt teha koostööd Hyundaiga, et arendada elektrisõidukeid ning pakkuda Hyundai elektrisõidukitele akusid ja muid ühendatud autoosi. Meedia ennustab, et Samsung ja Hyundai allkirjastavad peagi mittesiduva vastastikuse mõistmise memorandumi akuvarustuse kohta. On teatatud, et Samsung tutvustas Hyundaile oma uusimat pooljuhtakut.

Samsungi sõnul võib selle prototüübi aku täis laetuna võimaldada elektriautol sõita korraga rohkem kui 800 kilomeetrit, kusjuures aku tööiga on üle 1,000 korra. Selle maht on 50% väiksem kui sama mahutavusega liitiumioonakul. Sel põhjusel peetakse pooljuhtakusid järgmise kümne aasta jooksul kõige sobivamateks elektrisõidukite võimsusakudeks.

2020. aasta märtsi alguses avaldasid Samsungi Täiustatud Uuringute Instituut (SAIT) ja Samsungi Jaapani uurimiskeskus (SRJ) ajakirjas "Nature Energy" "Hõbedaga võimaldatud suure energiatarbega pika tsükliga täistahkefaasilised liitiummetalliakud". -Süsinikkomposiit anoodid" tutvustas oma uusimat arengut tahkisakude valdkonnas.

See aku kasutab tahket elektrolüüti, mis ei ole kõrgel temperatuuril süttiv ja võib samuti pärssida liitiumdendriitide kasvu, et vältida torke lühiseid. Lisaks kasutab see anoodina hõbe-süsinik (Ag-C) komposiitkihti, mis võib suurendada energiatihedust 900Wh/l-ni, millel on pikk tsükli eluiga üle 1000 tsükli ja väga kõrge kuloniline kasutegur (laeng). ja tühjendamise efektiivsus) 99.8%. See võib akut juhtida pärast ühekordset makset. Auto läbis 800 kilomeetrit.

Töö avaldanud SAIT ja SRJ on aga pigem teaduslikud uurimisasutused kui tehnoloogiale keskenduv Samsung SDI. Artiklis selgitatakse ainult uue aku põhimõtet, struktuuri ja jõudlust. Esialgse hinnangu kohaselt on aku alles laboratoorses staadiumis ja seda on lühikese aja jooksul raske masstootma hakata.

Tahkisakude ja traditsiooniliste vedelate liitiumioonakude erinevus seisneb selles, et elektrolüütide ja separaatorite asemel kasutatakse tahkeid elektrolüüte. Liitiumiga interkaleeritud grafiitanoode pole vaja kasutada. Selle asemel kasutatakse anoodina metallist liitiumi, mis vähendab anoodimaterjalide arvu. Toiteakud, millel on suurem keha energiatihedus (>350Wh/kg) ja pikem eluiga (>5000 tsüklit), samuti erifunktsioonid (nt paindlikkus) ja muud nõuded.

Uute süsteemipatareide hulka kuuluvad tahkis-, liitium- ja metall-õhk-akud. Kolmel pooljuhtakul on oma eelised. Polümeeridest elektrolüüdid on orgaanilised elektrolüüdid ning oksiidid ja sulfiidid on anorgaanilised keraamilised elektrolüüdid.

Vaadates globaalseid tahkis-akufirmasid, on idufirmasid ja ka rahvusvahelisi tootjaid. Ettevõtted on elektrolüütide süsteemis üksinda erinevate tõekspidamistega ning tehnoloogiavoo või integratsiooni trendi pole. Praegu on mõned tehnilised teed lähedased industrialiseerimise tingimustele ja tahkisakude automatiseerimise tee on käimas.

Euroopa ja Ameerika ettevõtted eelistavad polümeer- ja oksiidsüsteeme. Prantsuse ettevõte Bolloré asus juhtpositsioonile polümeeripõhiste tahkispatareide turustamises. 2011. aasta detsembris sisenesid selle 30kwh tahkispolümeerakudel + elektriliste kahekihiliste kondensaatoritega töötavad elektrisõidukid ühisele autoturule, mis oli esimene kord maailmas. Kaubanduslikud tahkisakud elektrisõidukitele.

Briti kodumasinate hiiglane Dyson ostis 3. aastal õhukese kileoksiid-tahkepatareide tootja Sakti2015, mis sõltub õhukese kile ettevalmistamise maksumusest ja suuremahulise tootmise keerukusest ning massilist tootmist pole olnud. tootmistoode pikka aega.

Maxwelli plaan tahkisakude osas on siseneda esmalt väikeste akude turule, hakata neid masstootma 2020. aastal ja kasutama neid energiasalvestamiseks 2022. aastal. Kiire kommertsrakenduse huvides võib Maxwell esmalt kaaluda poolpatareide kasutamist. lühiajaliselt tahked akud. Siiski on pooltahked akud kallimad ja neid kasutatakse peamiselt teatud nõudluse valdkondades, mis muudab suuremahulised rakendused keeruliseks.

Mitte-õhukese kilega oksiidtoodetel on suurepärane üldine jõudlus ja need on praegu populaarsed. Nii Taiwan Huineng kui Jiangsu Qingdao on sellel rajal tuntud mängijad.

Jaapani ja Korea ettevõtted on rohkem pühendunud sulfiidsüsteemi industrialiseerimisprobleemide lahendamisele. Esindusettevõtted, nagu Toyota ja Samsung, on oma kasutuselevõttu kiirendanud. Sulfiid-tahkepatareidel (liitium-väävelpatareidel) on nende suure energiatiheduse ja madalate kulude tõttu kolossaalne arengupotentsiaal. Nende hulgas on Toyota tehnoloogia kõige arenenum. See vabastas ampritasemega demopatareid ja elektrokeemiline jõudlus. Samal ajal kasutasid nad ka suurema toatemperatuuri juhtivusega LGPS-i elektrolüüdina suurema akuploki ettevalmistamiseks.

Jaapan on käivitanud üleriigilise uurimis- ja arendusprogrammi. Kõige lootustandvam liit on Toyota ja Panasonic (Toyotas on ligi 300 inseneri, kes on seotud pooljuhtakude arendamisega). Ta ütles, et turustab tahkisakud viie aasta jooksul.

Toyota ja NEDO välja töötatud tahkisakude kommertsialiseerimisplaan algab tahkisakude (esimese põlvkonna akude) väljatöötamisega, kasutades olemasolevaid LIB positiivseid ja kahjulikke materjale. Pärast seda kasutab see energiatiheduse suurendamiseks uusi positiivseid ja negatiivseid materjale (järgmise põlvkonna akud). Toyota peaks tootma tahkis-elektrisõidukite prototüüpe 2022. aastal ja 2025. aastal hakkab see osades mudelites kasutama pooljuhtakusid. 2030. aastal võib energiatihedus ulatuda 500 Wh/kg-ni, et saavutada masstootmise rakendusi.

Patentide vaatenurgast oli 20 parima tahkisliitiumaku patenditaotleja hulgas Jaapani ettevõtteid 11. Kõige rohkem taotles Toyota, jõudes 1,709-ni, mis on 2.2 korda suurem kui teisel Panasonicul. 10 parimat ettevõtet on kõik Jaapani ja Lõuna-Korea ettevõtted, sealhulgas 8 Jaapanis ja 2 Lõuna-Koreas.

Patendiomanike globaalse patendi paigutuse seisukohast on peamised riigid või piirkonnad Jaapan, Ameerika Ühendriigid, Hiina, Lõuna-Korea ja Euroopa. Lisaks kohalikele taotlustele on Toyotal kõige märkimisväärsem arv taotlusi USA-s ja Hiinas, mis moodustab vastavalt 14.7% ja 12.9% patenditaotluste koguarvust.

Tahkisakude industrialiseerimine minu riigis on samuti pideva uurimise all. Hiina tehnilise marsruudiplaani kohaselt realiseerib see 2020. aastal järk-järgult tahke elektrolüüdi, suure erienergiaga katoodmaterjali sünteesi ja kolmemõõtmelise raamistiku struktuuri liitiumisulamist ehitustehnoloogia. See tuvastab 300 Wh/kg väikese võimsusega ühe aku näidise valmistamise. Aastal 2025 realiseerib tahkis-aku liidese juhtimistehnoloogia 400 Wh/kg suure võimsusega ühe aku näidis- ja rühmatehnoloogia. Eeldatakse, et tahkis- ja liitium-väävelpatareisid saab massiliselt toota ja reklaamida 2030. aastal.

CATL-i IPO rahakogumisprojekti järgmise põlvkonna akud hõlmavad pooljuhtakusid. NE Timesi aruannete kohaselt loodab CATL saavutada tahkisakude masstootmise vähemalt 2025. aastaks.

Tervikuna on polümeersüsteemi tehnoloogia kõige küpsem ja sünnib esimene EV-taseme toode. Selle kontseptuaalne ja tulevikku vaatav olemus on käivitanud hilinejate investeeringute kiirenemise teadus- ja arendustegevusse, kuid jõudluse ülempiir piirab kasvu ning tulevikus on võimalikuks lahenduseks liitmine anorgaaniliste tahkete elektrolüütidega; oksüdatsioon; Materjalisüsteemis on õhukese kile tüüpide arendamine keskendunud võimsuse suurendamisele ja suuremahulisele tootmisele ning mittekiletüüpide üldine jõudlus on parem, mis on praeguse uurimis- ja arendustegevuse keskmes; sulfiidsüsteem on elektrisõidukite valdkonnas kõige lootustandvam tahkisakusüsteem, kuid polariseerunud olukorras, kus on tohutu kasvuruum ja ebaküps tehnoloogia, on turvaprobleemide ja liideseprobleemide lahendamine tuleviku keskmes.

Tahkisakude ees seisvad väljakutsed hõlmavad peamiselt järgmist:

• Kulude vähendamine.
• Tahkete elektrolüütide ohutuse parandamine.
• Elektroodide ja elektrolüütide vahelise kontakti säilitamine laadimise ja tühjendamise ajal.

Liitium-väävelakud, liitium-õhk ja muud süsteemid vajavad kogu aku struktuuri raami väljavahetamist ning olulisi probleeme tekib aina rohkem. Tahkisakude positiivsed ja negatiivsed elektroodid võivad jätkata praeguse süsteemi kasutamist ning realiseerimisraskused on suhteliselt väikesed. Järgmise põlvkonna akutehnoloogiana on tahkisakudel suurem ohutus ja energiatihedus ning neist saab liitiumijärgsel ajastul ainus viis.