By hoppt
Batterie allo stato solido: il percorso delle batterie di nuova generazione
Il 14 maggio, secondo "The Korea Times" e altri resoconti dei media, Samsung prevede di collaborare con Hyundai per sviluppare veicoli elettrici e fornire batterie di alimentazione e altre parti di automobili connesse per i veicoli elettrici Hyundai. I media prevedono che Samsung e Hyundai firmeranno presto un memorandum d'intesa non vincolante sull'alimentazione della batteria. È stato riferito che Samsung ha introdotto la sua ultima batteria a stato solido su Hyundai.
Secondo Samsung, quando la batteria del suo prototipo è completamente carica, può consentire a un'auto elettrica di percorrere più di 800 chilometri alla volta, con una durata del ciclo della batteria di oltre 1,000 volte. Il suo volume è inferiore del 50% rispetto a una batteria agli ioni di litio della stessa capacità. Per questo motivo le batterie allo stato solido sono considerate le batterie di alimentazione più adatte per i veicoli elettrici nei prossimi dieci anni.
All'inizio di marzo 2020, Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) e Samsung Research Center of Japan (SRJ) hanno pubblicato "Batterie al litio metallico a stato solido a ciclo lungo ad alta energia abilitate dall'argento" nella rivista "Nature Energy". -Anodes Composite Carbon" ha introdotto il loro ultimo sviluppo nel campo delle batterie allo stato solido.
Questa batteria utilizza un elettrolita solido, che non è infiammabile alle alte temperature e può anche inibire la crescita dei dendriti di litio per evitare cortocircuiti da perforazione. Inoltre, utilizza uno strato composito argento-carbonio (Ag-C) come anodo, che può aumentare la densità di energia a 900 Wh/L, ha una lunga durata del ciclo di oltre 1000 cicli e un'efficienza coulombica molto elevata (carica ed efficienza di scarico) del 99.8%. Può guidare la batteria dopo un unico pagamento. L'auto ha percorso 800 chilometri.
Tuttavia, SAIT e SRJ che hanno pubblicato il documento sono istituti di ricerca scientifica piuttosto che Samsung SDI, che si concentra sulla tecnologia. L'articolo chiarisce solo il principio, la struttura e le prestazioni della nuova batteria. Si ritiene che la batteria sia ancora in fase di laboratorio e sarà difficile da produrre in serie in un breve periodo.
La differenza tra le batterie allo stato solido e le tradizionali batterie agli ioni di litio liquidi è che vengono utilizzati elettroliti solidi invece di elettroliti e separatori. Non è necessario utilizzare anodi di grafite intercalati con litio. Invece, il litio metallico viene utilizzato come anodo, il che riduce il numero di materiali anodici. Batterie di alimentazione con densità di energia corporea più elevata (>350 Wh/kg) e maggiore durata (> 5000 cicli), nonché funzioni speciali (come flessibilità) e altri requisiti.
Le nuove batterie di sistema includono batterie a stato solido, batterie a flusso di litio e batterie metallo-aria. Le tre batterie allo stato solido hanno i loro vantaggi. Gli elettroliti polimerici sono elettroliti organici e gli ossidi e i solfuri sono elettroliti ceramici inorganici.
Guardando alle aziende globali di batterie allo stato solido, ci sono start-up e ci sono anche produttori internazionali. Le aziende sono sole nel sistema elettrolitico con convinzioni diverse e non vi è alcuna tendenza al flusso o all'integrazione della tecnologia. Allo stato attuale, alcuni percorsi tecnici sono prossimi alle condizioni di industrializzazione ed è in corso la strada per l'automazione delle batterie allo stato solido.
Le aziende europee e americane preferiscono i sistemi di polimeri e ossidi. La società francese Bolloré ha preso l'iniziativa nella commercializzazione di batterie a stato solido a base di polimeri. Nel dicembre 2011, i suoi veicoli elettrici alimentati da batterie ai polimeri a stato solido da 30kwh + condensatori elettrici a doppio strato sono entrati nel mercato delle auto condivise, che è stata la prima volta al mondo. Batterie commerciali a stato solido per veicoli elettrici.
Sakti3, un produttore di batterie allo stato solido all'ossido a film sottile, è stato acquisito dal gigante britannico degli elettrodomestici Dyson nel 2015. È soggetto al costo della preparazione del film sottile e alla difficoltà della produzione su larga scala e non c'è stata alcuna massa prodotto di produzione per molto tempo.
Il piano di Maxwell per le batterie a stato solido è di entrare prima nel mercato delle batterie di piccole dimensioni, produrle in serie nel 2020 e utilizzarle nel campo dell'accumulo di energia nel 2022. Per motivi di rapida applicazione commerciale, Maxwell potrebbe prima considerare di provare semi- batterie solide a breve termine. Tuttavia, le batterie semi-solide sono più costose e vengono utilizzate principalmente in campi di domanda particolari, rendendo difficili le applicazioni su larga scala.
I prodotti a base di ossido a film non sottile hanno prestazioni complessive eccellenti e sono attualmente in fase di sviluppo popolari. Sia Taiwan Huineng che Jiangsu Qingdao sono noti giocatori su questa pista.
Le aziende giapponesi e coreane sono più impegnate a risolvere i problemi di industrializzazione del sistema dei solfuri. Aziende rappresentative come Toyota e Samsung hanno accelerato la loro implementazione. Le batterie allo stato solido al solfuro (batterie al litio-zolfo) hanno un potenziale di sviluppo colossale grazie alla loro elevata densità di energia e al basso costo. Tra questi, la tecnologia Toyota è la più avanzata. Ha rilasciato batterie demo a livello di ampere e prestazioni elettrochimiche. Allo stesso tempo, hanno anche utilizzato LGPS con una conduttività a temperatura ambiente più elevata come elettrolita per preparare un pacco batteria più grande.
Il Giappone ha lanciato un programma nazionale di ricerca e sviluppo. L'alleanza più promettente è Toyota e Panasonic (Toyota ha quasi 300 ingegneri coinvolti nello sviluppo di batterie a stato solido). Ha detto che avrebbe commercializzato batterie a stato solido entro cinque anni.
Il piano di commercializzazione delle batterie allo stato solido sviluppate da Toyota e NEDO inizia con lo sviluppo di batterie allo stato solido (batterie di prima generazione) utilizzando materiali LIB ottimisti e nocivi esistenti. Successivamente, utilizzerà nuovi materiali positivi e negativi per aumentare la densità di energia (batterie di nuova generazione). Toyota dovrebbe produrre prototipi di veicoli elettrici a stato solido nel 2022 e utilizzerà batterie a stato solido in alcuni modelli nel 2025. Nel 2030, la densità di energia può raggiungere i 500 Wh/kg per ottenere applicazioni di produzione di massa.
Dal punto di vista dei brevetti, tra i primi 20 richiedenti di brevetto per batterie al litio a stato solido, le società giapponesi rappresentavano 11. Toyota ha richiesto di più, raggiungendo 1,709, 2.2 volte quella della seconda Panasonic. Le prime 10 società sono tutte giapponesi e sudcoreane, di cui 8 in Giappone e 2 in Corea del Sud.
Dal punto di vista del layout del brevetto globale dei titolari del brevetto, Giappone, Stati Uniti, Cina, Corea del Sud ed Europa sono i paesi o le regioni chiave. Oltre alle domande locali, Toyota ha il numero più significativo di domande negli Stati Uniti e in Cina, rappresentando rispettivamente il 14.7% e il 12.9% del totale delle domande di brevetto.
Anche l'industrializzazione delle batterie allo stato solido nel mio paese è in continua esplorazione. Secondo il piano tecnico del percorso della Cina, nel 2020, realizzerà gradualmente elettrolita solido, sintesi di materiale catodico ad alta energia specifica e tecnologia di costruzione in lega di litio con struttura tridimensionale. Riconoscerà la produzione di campioni di batterie singole di piccola capacità da 300 Wh/kg. Nel 2025, la tecnologia di controllo dell'interfaccia della batteria a stato solido realizzerà una tecnologia di campionamento e gruppo di batterie singole di grande capacità da 400 Wh/kg. Si prevede che le batterie allo stato solido e le batterie al litio-zolfo possano essere prodotte in serie e promosse nel 2030.
Le batterie di nuova generazione nel progetto di raccolta fondi IPO di CATL includono batterie a stato solido. Secondo i rapporti di NE Times, CATL prevede di raggiungere la produzione di massa di batterie a stato solido almeno entro il 2025.
Nel complesso, la tecnologia del sistema polimerico è la più matura e nasce il primo prodotto di livello EV. La sua natura concettuale e lungimirante ha innescato l'accelerazione degli investimenti in ricerca e sviluppo da parte dei ritardatari, ma il limite superiore delle prestazioni limita la crescita e la miscelazione con elettroliti solidi inorganici sarà una possibile soluzione in futuro; ossidazione; Nel sistema dei materiali, lo sviluppo dei tipi a film sottile si concentra sull'espansione della capacità e sulla produzione su larga scala e le prestazioni complessive dei tipi non a film sono migliori, che è al centro dell'attuale ricerca e sviluppo; Il sistema a solfuro è il sistema di batterie a stato solido più promettente nel campo dei veicoli elettrici, ma in una situazione polarizzata con enormi margini di crescita e tecnologia immatura, la risoluzione dei problemi di sicurezza e di interfaccia è il fulcro del futuro.
Le sfide affrontate dalle batterie allo stato solido includono principalmente:
Le batterie al litio-zolfo, l'aria al litio e altri sistemi devono sostituire l'intero telaio della struttura della batteria e ci sono problemi sempre più significativi. Gli elettrodi positivo e negativo delle batterie allo stato solido possono continuare a utilizzare il sistema attuale e la difficoltà di realizzazione è relativamente piccola. Essendo la tecnologia delle batterie di nuova generazione, le batterie allo stato solido hanno una maggiore sicurezza e densità di energia e diventeranno l'unico modo nell'era post-litio.
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