Što su solid-state baterije?

Već u svibnju ove godine mnogi su mediji raspisali projekt 6 milijardi krutih baterija.

Nakon toga, neke tvrtke za solid-state baterije najavile su da će industrijalizirati potpuno solid-state baterije 2027. Uslijedile su razne konferencije za tisak kako bi se objavilo kolika gustoća energije i performanse ciklusa mogu biti. Često se može čuti gustoća energije jedne ćelije određene tvrtke od 700+Wh/kg.

Dakle, što je točno solid-state baterija? Koju je razinu tržište sada dosegnulo? Nakon komunikacije s mnogim prijateljima oko sebe, otkrio sam da je prvi koncept koji je lako zamijeniti s solid-state baterijama polučvrsti i potpuno čvrsti.

Može se reći da su gotovo sve takozvane solid-state baterije koje trenutno kruže na tržištu polukrute baterije, odnosno smjesa kruto-tekuće. Međutim, nakon rastavljanja mnogih solid-state baterija, ustanovljeno je da je takozvanu mješavinu kruto-tekuće zapravo teško vidjeti, te je gotovo isto kao stanje tekućih baterija. Čak i kroz neke precizne karakterizacije, teško je pronaći tragove.

Dvije su reprezentativne kineske tvrtke: Qingtao i Weilan. Qingtaoov glavni sustav je litij željezo fosfat (naravno oni također imaju ternarni sustav), a Weilan je predstavljen ternarni (naravno oni također imaju željezo litij). Prva je uglavnom tehnologija keramičkog premazivanja, a potonja se reklamira kao tehnologija stvrdnjavanja na licu mjesta (naglasak je na publicitetu). Rečeno je da Qingtao trenutno ima ćelije od 380Wh/kg u opticaju, a Weilan trenutno prodaje ćelije od 350Wh/kg kapaciteta 110Ah.

Što je s potpuno solid-state baterijama? Potpuno solid-state baterije se uglavnom dijele na okside, polimere i sulfide (naravno, postoje i halogenidi). Sudeći prema trenutnom statusu razvoja sveukupno vodećih tvrtki, cijeli tehnološki put je sulfid. Takozvana sulfidna baterija u čvrstom stanju zapravo je mješavina materijala pozitivne i negativne elektrode s elektrolitima i vezivnim vodljivim sredstvima za formiranje pozitivne elektrode (naravno, postoje suhe i mokre metode), a zatim elektrolit i mala količina vezivo se miješaju u obliku filma (naravno, postoje suhe i mokre metode). Ako se radi o mokroj metodi, sulfidni sustav je vrlo osjetljiv na sustav otapala, te je naravno potrebno posebno vezivo. Naposljetku, pozitivne i negativne elektrode te elektrolitska membrana naslagane su sloj po sloj kako bi se formirala baterijska ćelija u potpunom stanju. Svaki od ovih procesa ima jaz koji blokira industrijalizaciju potpuno solid-state baterija.

Druga stvar koju je lako zbuniti je solid-state baterija=visoke sigurnosti i visoke gustoće energije

Ovo je veliko nesporazum većine ljudi, uključujući i one u industriji. Oni misle da potpuno solid-state baterije imaju visoku gustoću energije. Mnogi ljudi izvan industrije često polažu nade u potpuno solid-state baterije, često govoreći "neće biti tekućine kada se potpuno solid-state baterije pojave". Zapravo, to nije tako. Da bismo razumjeli ovu logiku, prvo moramo krenuti od koncepta gustoće energije: gustoća energije=energija/težina, a energija je određena samim materijalom, tako da je gustoća energije ćelije baterije određena sustavom materijala baterije.

Željezno-litijske baterije trenutno imaju 180Wh/kg. Budući da su ternarne baterije podijeljene u mnoge sustave, njihova gustoća energije je u osnovi u rasponu od 240-360 ili čak 380Wh/kg (više od 285Wh/kg zahtijeva materijale na bazi silicija). Naravno, sustav litij kobalt oksida u osnovi ima više od 200 gustoća energije. Sada su mnoge propagande gustoće energije na tržištu dosegle 450, 500, 600 ili čak 700 Wh/kg ili više. U osnovi, materijal negativne elektrode je metalni litij ili nema negativne elektrode. Ovo je ukupno stanje gustoće energije. Materijali pozitivnih i negativnih elektroda potpuno krutih baterija nisu odvojeni od tekućih sirovina. Stoga gustoća energije baterija u potpunom stanju neće biti veća od gustoće tekućih baterija.

Visoka vrijednost o kojoj svi govore zapravo se temelji na očekivanju da potpuno čvrste baterije mogu koristiti litij metalne negativne elektrode za postizanje visoke gustoće energije baterije nakon rješavanja sigurnosnog problema, ali ova poteškoća nije ništa manja od rješavanja sigurnosni problem tekućih litij metalnih baterija. Stoga je neodrživo reći da je gustoća energije solid-state baterija niska. Naprotiv, iz stvarnog statusa razvoja, gustoća energije potpuno solid-state baterija bit će niža. Prvi dolazi od primjene materijala visokoenergetskog sustava, drugi dolazi od udjela aktivnih materijala, treći dolazi od debljine membrane elektrolita, a četvrti dolazi od problema da svi ne plaćaju puno pažnje u ovom trenutku. Za rad potpuno solid-state baterija potrebna je visokotlačna stezaljka. Stezaljka će povećati težinu električne opreme tijekom stvarne uporabe, čime se u određenoj mjeri smanjuje prednost gustoće energije baterije.

Općenito, potpuno solid-state baterije imaju znatno poboljšanu sigurnost (postoje stvarni testovi), ali kao sulfidne solid-state baterije s mekim materijalom za pakiranje, sam sulfid je materijal s velikim sigurnosnim rizicima. Drugo, poboljšanje sigurnosti potpuno solid-state baterija također je ograničeno. Nije samo po sebi sigurno. U određenoj mjeri još uvijek može izazvati toplinski bijeg baterije.

Gore navedeno je neko relativno makroskopsko razumijevanje trenutnih baterija u čvrstom stanju, uključujući potpuno čvrste i polukrute baterije. Naravno, dugoročno gledano, solid-state je još uvijek optimističan. Iz trenutne situacije teškoće rješavanja sigurnosnih problema visokoenergetskih tekućih baterija nisu nužno manje od poteškoća razvoja nove generacije visokosigurnosnih potpuno čvrstih baterija. Vjerujem da zajedničkim naporima uzvodno i nizvodno industrijskih lanaca možemo probiti status quo i ostvariti revoluciju.

Napomena: Većina članaka ponovno tiskanih na ovoj stranici prikupljena je s Interneta. Autorska prava na članke pripadaju izvornom autoru i izvornom izvoru. Stavovi u članku služe samo za dijeljenje i komunikaciju. Ako postoje problemi s autorskim pravima, javite mi i ja ću to riješiti na vrijeme.