By hoppt
Baterias de estado sólido: a rota da bateria de próxima geração
Em 14 de maio, de acordo com o "The Korea Times" e outros relatos da mídia, a Samsung planeja cooperar com a Hyundai para desenvolver veículos elétricos e fornecer baterias de energia e outras peças de carro conectadas para veículos elétricos Hyundai. A mídia prevê que a Samsung e a Hyundai assinarão em breve um memorando de entendimento não vinculativo sobre o fornecimento de baterias. É relatado que a Samsung apresentou sua mais recente bateria de estado sólido para a Hyundai.
De acordo com a Samsung, quando seu protótipo de bateria está totalmente carregado, ele pode permitir que um carro elétrico percorra mais de 800 quilômetros por vez, com um ciclo de vida de mais de 1,000 vezes. Seu volume é 50% menor que uma bateria de íons de lítio de mesma capacidade. Por esta razão, as baterias de estado sólido são consideradas as baterias de energia mais adequadas para veículos elétricos nos próximos dez anos.
No início de março de 2020, o Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) e o Samsung Research Center of Japan (SRJ) publicaram "Baterias de metal de lítio de estado sólido de ciclo longo de alta energia habilitadas por prata" na revista "Nature Energy". -ânodo composto de carbono" apresentou seu mais recente desenvolvimento no campo de baterias de estado sólido.
Esta bateria usa um eletrólito sólido, que não é inflamável em altas temperaturas e também pode inibir o crescimento de dendritos de lítio para evitar curtos-circuitos de punção. Além disso, usa uma camada composta de prata-carbono (Ag-C) como ânodo, que pode aumentar a densidade de energia para 900Wh/L, tem um ciclo de vida longo de mais de 1000 ciclos e uma eficiência coulombiana muito alta (carga e eficiência de descarga) de 99.8%. Pode conduzir a bateria após um único pagamento. O carro percorreu 800 quilômetros.
No entanto, o SAIT e o SRJ que publicaram o artigo são instituições de pesquisa científica e não a Samsung SDI, que se concentra em tecnologia. O artigo apenas esclarece o princípio, a estrutura e o desempenho da nova bateria. É julgado preliminarmente que a bateria ainda está em fase de laboratório e será difícil de produzir em massa em um curto período.
A diferença entre as baterias de estado sólido e as tradicionais baterias líquidas de íons de lítio é que eletrólitos sólidos são usados em vez de eletrólitos e separadores. Não é necessário usar ânodos de grafite intercalados com lítio. Em vez disso, o lítio metálico é usado como ânodo, o que reduz o número de materiais do ânodo. Alimenta baterias com maior densidade de energia corporal (>350Wh/kg) e vida útil mais longa (>5000 ciclos), bem como funções especiais (como flexibilidade) e outros requisitos.
As novas baterias do sistema incluem baterias de estado sólido, baterias de fluxo de lítio e baterias de metal-ar. As três baterias de estado sólido têm suas vantagens. Eletrólitos de polímeros são eletrólitos orgânicos, e óxidos e sulfetos são eletrólitos cerâmicos inorgânicos.
Olhando para as empresas globais de baterias de estado sólido, existem start-ups e também fabricantes internacionais. As empresas estão sozinhas no sistema eletrolítico com crenças diferentes, e não há tendência de fluxo ou integração de tecnologia. Atualmente, alguns caminhos técnicos estão próximos das condições de industrialização, e o caminho para a automação de baterias de estado sólido está em andamento.
Empresas europeias e americanas preferem sistemas de polímeros e óxidos. A empresa francesa Bolloré assumiu a liderança na comercialização de baterias de estado sólido à base de polímeros. Em dezembro de 2011, seus veículos elétricos alimentados por baterias de polímero de estado sólido de 30kwh + capacitores elétricos de dupla camada entraram no mercado de carros compartilhados, que foi a primeira vez no mundo. Baterias de estado sólido comerciais para EVs.
A Sakti3, fabricante de baterias de estado sólido de óxido de filme fino, foi adquirida pela gigante britânica de eletrodomésticos Dyson em 2015. Está sujeita ao custo de preparação de filme fino e à dificuldade de produção em larga escala, e não houve produção em massa produto de produção por um longo tempo.
O plano da Maxwell para baterias de estado sólido é entrar primeiro no mercado de baterias pequenas, produzi-las em massa em 2020 e usá-las no campo de armazenamento de energia em 2022. baterias sólidas a curto prazo. Ainda assim, as baterias semi-sólidas são mais caras e são usadas principalmente em campos de demanda específicos, dificultando as aplicações em larga escala.
Os produtos de óxido de filme não fino têm excelente desempenho geral e atualmente são populares em desenvolvimento. Tanto Taiwan Huineng quanto Jiangsu Qingdao são jogadores bem conhecidos nesta pista.
As empresas japonesas e coreanas estão mais empenhadas em resolver os problemas de industrialização do sistema de sulfetos. Empresas representativas como Toyota e Samsung aceleraram sua implantação. As baterias de estado sólido de sulfeto (baterias de lítio-enxofre) têm um potencial de desenvolvimento colossal devido à sua alta densidade de energia e baixo custo. Entre eles, a tecnologia da Toyota é a mais avançada. Ele lançou baterias Demo de nível ampere e desempenho eletroquímico. Ao mesmo tempo, eles também usaram LGPS com maior condutividade à temperatura ambiente como eletrólito para preparar uma bateria maior.
O Japão lançou um programa nacional de pesquisa e desenvolvimento. A aliança mais promissora é a Toyota e a Panasonic (a Toyota tem cerca de 300 engenheiros envolvidos no desenvolvimento de baterias de estado sólido). A empresa disse que comercializaria baterias de estado sólido dentro de cinco anos.
O plano de comercialização de baterias totalmente em estado sólido desenvolvido pela Toyota e NEDO começa com o desenvolvimento de baterias totalmente em estado sólido (baterias de primeira geração) usando materiais LIB otimistas e prejudiciais existentes. Depois disso, usará novos materiais positivos e negativos para aumentar a densidade de energia (baterias de próxima geração). Espera-se que a Toyota produza protótipos de veículos elétricos de estado sólido em 2022 e usará baterias de estado sólido em alguns modelos em 2025. Em 2030, a densidade de energia pode chegar a 500Wh/kg para alcançar aplicações de produção em massa.
Do ponto de vista das patentes, entre os 20 principais requerentes de patentes para baterias de lítio de estado sólido, as empresas japonesas responderam por 11. A Toyota foi a que mais solicitou, chegando a 1,709, 2.2 vezes a da segunda Panasonic. As 10 maiores empresas são todas japonesas e sul-coreanas, incluindo 8 no Japão e 2 na Coreia do Sul.
Do ponto de vista do layout global de patentes dos titulares de patentes, Japão, Estados Unidos, China, Coreia do Sul e Europa são os principais países ou regiões. Além dos pedidos locais, a Toyota tem o número mais significativo de pedidos nos Estados Unidos e na China, respondendo por 14.7% e 12.9% do total de pedidos de patentes, respectivamente.
A industrialização de baterias de estado sólido em meu país também está em constante exploração. De acordo com o plano de rota técnica da China, em 2020, ele realizará gradualmente eletrólito sólido, síntese de material de cátodo de alta energia específica e tecnologia de construção de liga de lítio de estrutura de estrutura tridimensional. Ele reconhecerá a fabricação de amostras de bateria única de pequena capacidade de 300Wh/kg. Em 2025, a tecnologia de controle de interface de bateria de estado sólido realizará amostra de bateria única de grande capacidade de 400Wh/kg e tecnologia de grupo. Espera-se que as baterias de estado sólido e as baterias de lítio-enxofre possam ser produzidas em massa e promovidas em 2030.
As baterias de próxima geração do projeto de captação de recursos do IPO da CATL incluem baterias de estado sólido. De acordo com relatórios do NE Times, a CATL espera atingir a produção em massa de baterias de estado sólido até pelo menos 2025.
No geral, a tecnologia do sistema de polímero é a mais madura e nasce o primeiro produto de nível EV. Sua natureza conceitual e prospectiva desencadeou a aceleração do investimento em pesquisa e desenvolvimento por parte dos retardatários, mas o limite superior de desempenho restringe o crescimento, e a composição com eletrólitos sólidos inorgânicos será uma solução possível no futuro; oxidação; No sistema de materiais, o desenvolvimento de tipos de filme fino é focado na expansão da capacidade e produção em larga escala, e o desempenho geral dos tipos não-filme é melhor, que é o foco da pesquisa e desenvolvimento atuais; O sistema de sulfeto é o sistema de bateria de estado sólido mais promissor no campo de veículos elétricos, mas em uma situação polarizada com enorme espaço para crescimento e tecnologia imatura, resolver problemas de segurança e problemas de interface é o foco do futuro.
Os desafios enfrentados pelas baterias de estado sólido incluem principalmente:
As baterias de lítio-enxofre, lítio-ar e outros sistemas precisam substituir toda a estrutura da bateria, e há problemas cada vez mais significativos. Os eletrodos positivos e negativos das baterias de estado sólido podem continuar a usar o sistema atual, e a dificuldade de realização é relativamente pequena. Como a tecnologia de bateria de próxima geração, as baterias de estado sólido têm maior segurança e densidade de energia e se tornarão o único caminho na era pós-lítio.
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