Ideāli spīd realitātē: Visu cieto stāvokļu baterijas tiks ražotas masveidā

Uz globālās enerģijas pārveidošanas fona strauji attīstās jaunas enerģijas tehnoloģijas. Visu cieto stāvokļu baterijas kā ļoti daudzsološas nākamās paaudzes akumulatoru tehnoloģija pakāpeniski kļūst par nozares uzmanības centrā. Nesen tādi autoražotāji kā Changan Automobile un BYD ir paziņojuši par visu cieto stāvokļu bateriju uzstādīšanas grafiku, norādot, ka visu cieto stāvokļu bateriju komercializācijas process tiek paātrināts.

Visu cieto stāvokļu baterijas attiecas uz litija jonu baterijām, kurās tiek izmantoti cietvielu elektrolīti. Runājot par darba principiem, tie neatšķiras no tradicionālajām litija baterijām, bet to serdeņa, cietvielu elektrolītiem dod viņiem daudz priekšrocību salīdzinājumā ar tradicionālajām šķidruma litija baterijām.

Drošības veiktspējas ziņā tradicionālo šķidruma litija bateriju elektrolīts ir viegli uzliesmojošs un gaistošs, kas ir svarīgs elektrisko transportlīdzekļu ugunsgrēku un pat sprādzienu iemesls. Cietais elektrolīts, ko izmanto visu cietā stāvokļa baterijās, nav viegli uzliesmojošs, kas ievērojami samazina akumulatora sadedzināšanas un eksplozijas risku un ievērojami uzlabo drošību. Piemēram, dažas cietvielu baterijas var izturēt augstu temperatūru 1, 000 grādos un var turpināt piegādāt jaudu pat tad, ja stūri ir sagriezts.

Runājot par enerģijas blīvumu, visu cieto stāvokļu baterijām ir acīmredzamas priekšrocības. Tradicionālo litija bateriju enerģijas blīvums ir pakāpeniski tuvojies sašaurinājumam. Litija dzelzs fosfāta bateriju enerģijas blīvums ir 150-210 wh/kg, un trīskāršo litija bateriju augšējā robeža ir aptuveni 350wh/kg. Paredzams, ka visu cietā stāvokļa bateriju enerģijas blīvums sasniegs vairāk nekā 500W/kg. Piemēram, Jinzhongzhao All-Solid-State akumulatora enerģijas blīvums, ko izstrādājusi Changan Automobile, var sasniegt 400W/kg, un kreisēšanas diapazons pārsniedz 1500 kilometrus, kad tas ir pilnībā uzlādēts, kas ievērojami mazina diapazona trauksmi. Tajā pašā laikā cietie elektrolīti var izturēt augstāku spriegumu, un akumulatora tilpumu var vēl vairāk samazināt, kas ievērojami uzlabo uzlādes ātrumu, un paredzams, ka tas sasniegs kruīza diapazonu 1, 000 kilometrus pēc 10 minūtēm uzlādes.

Cikla stabilitātes un augstas un zemas temperatūras veiktspējas ziņā arī labi darbojas visu cieto stāvokļu baterijas. Tā cikla kalpošanas laiks var sasniegt vairāk nekā 10, 000 reizes, kas ir daudz augstāks nekā trīskāršās litija baterijas un litija dzelzs fosfāta baterijas, un tas var saglabāt labu veiktspēju augstas un zemas temperatūras vidē, efektīvi risinot lēnas uzlādes problēmu un ātru enerģijas zudumu tradicionālās litija baterijas zemā temperatūrā ziemā.

Pašlaik cietā stāvokļa bateriju ir trīs galvenie tehniskie ceļi: polimēri, oksīdi un sulfīdi.

Polimēru elektrolīti pieder pie organisko elektrolītu kategorijas. Tie ir elastīgi, ar labām mehāniskām īpašībām, ir viegli apstrādājamas un formas, ir ļoti saderīgas ar esošajiem šķidruma elektrolītu ražošanas procesiem, ir viegli pagatavojamas plānas plēves plašā mērogā un ir sasniegušas neliela mēroga masu ražošanu. Tomēr to vadītspēja ir zema istabas temperatūrā, parasti no 10 ° C. Viņiem ir šaurs elektroķīmiskais logs un salīdzinoši slikta termiskā stabilitāte.

Oksīda elektrolīti ir stabili gaisā, tiem ir lieliska termiskā stabilitāte, tie var izturēt augstu temperatūru virs 600 grādiem, tiem ir augsta mehāniskā stiprība, tie var efektīvi kavēt litija dendrītu augšanu un ir piemēroti augstsprieguma pozitīvu elektrodu materiālu, piemēram, augstas niķeļa trīskāršu materiāliem. R&D izmaksas un grūtības ir salīdzinoši zemas. Tomēr tam ir arī zemas jonu vadītspējas problēma. Vadītspēja istabas temperatūrā parasti ir no 10⁻⁶ līdz 10⁻³s/cm, kas jāuzlabo, saķepinot augstu temperatūru vai pievienojot šķidros elektrolītus, un interfeisa pretestība ar elektrodu ir augsta, kā rezultātā notiek īss cikla kalpošanas laiks.

Sulfīdu elektrolītiem ir lieliska veiktspēja un visaugstākā jonu vadītspēja. Vadītspēja istabas temperatūrā var sasniegt 10⁻²/cm, kas ir tuvu šķidruma elektrolītu līmenim. Viņi atbalsta ātru uzlādi un izlādi, un teorētiskā enerģijas blīvums pārsniedz 500WH/KG. Tie ir savietojami ar litija metāla negatīvajiem elektrodiem, tiem ir laba termiskā stabilitāte, ir mīksta tekstūra un ar spēcīgu plastiskumu. Tomēr tiem ir slikta ķīmiska stabilitāte, un tos ir viegli reaģēt ar mitrumu un skābekli gaisā, lai radītu toksisku sērūdeņraža gāzi. Viņus ir grūti sagatavot, un tiem ir augstas ražošanas izmaksas.

Globālā mērogā daudzi uzņēmumi ir ieguldījuši visu cieto stāvokļu bateriju pētniecībā un izstrādē un ražošanā un paātrinājuši to izkārtojumu. Japānas autoražotāji sāka agrīnā cietvielu bateriju izpētē un attīstībā.
Toyota Motors jau 2006. gadā uzsāka cietvielu akumulatoru izpēti un attīstību un nesen paziņoja, ka tā sāks maza mēroga izmēģinājumu ražošanu 2026. gadā un masveida ražošanu pēc 2030. gada;
Honda Motors paziņoja, ka 2025. gada janvārī tā sāks izmēģināt visu cieto stāvokļu bateriju ražošanu tīriem elektriskiem transportlīdzekļiem; Nissan plāno sākt izmēģināt cietvielu bateriju ražošanu savā Yokohama rūpnīcā šogad un līdz 2028. gadam palaist elektriskos transportlīdzekļus, kas aprīkoti ar visu cieto stāvokļu baterijām.

Arī Ķīnas uzņēmumi nevēlas atpalikt. CATL ir izveidojis izmēģinājuma ražošanas līniju visu cieto stāvokļu baterijām un šobrīd veic procesa optimizāciju un produktu pārbaudi. Paredzams, ka 2027. gadā tas masveidā ražos visu cieto stāvokļu baterijas nelielā mērogā.

BYD 2013. gadā sāka pētījumu un visu cieto stāvokļu bateriju izstrādi un ir sākusi cietvielu akumulatora industrializācijas iespējamības pārbaudi, aptverot galveno materiālu tehnoloģiju izrāvienu, akumulatoru šūnu sistēmas attīstību un ražošanas līnijas konstrukciju. Paredzams, ka 2027. gadā sāks masveida demonstrāciju un visu cieto stāvokļu bateriju uzstādīšanu un pēc 2030. gada sasniegs liela mēroga komercializāciju.

Changan Automobile plāno līdz 2030. gadam palaist 8 pašattīstītas akumulatora šūnas, ieskaitot šķidros, daļēji cietos un cietos, un 2025. gadā uzsākt funkcionālos prototipus un 2027. gadā pakāpeniski ražot visu cietā stāvokļa baterijas.

Gac Aion paziņoja, ka 2026. gadā tā sasniegs masveida ražošanu un visu cieto stāvokļu bateriju uzstādīšanu un vispirms tiks uzstādīts tā augstākās klases zīmolā Haobo;

Chery Automobile plāno 2026. gadā sasniegt visu cietā stāvokļa akumulatora uzstādīšanu un liela mēroga masu ražošanu 2027. gadā;

SAIC Group paziņoja, ka visu cietā stāvokļa baterijas tiks ražotas masveidā un piegādātas 2026. gadā, un Zhiji jaunas automašīnas, kas aprīkotas ar visu cietā stāvokļa baterijām, tiks ražotas masveidā un piegādātas 2027. gadā.

Raugoties no kopējā nozares viedokļa, cietā stāvokļa akumulatora nozares ķēde ir līdzīga šķidrumu baterijām, kas aptver augšpus izejvielu padeve, vidējā akumulatora materiāli un ražošana, kā arī pakārtotās uzklāšanas zonas. Augšpusē galvenokārt nodrošina metāla resursus, piemēram, litiju, kobaltu un niķeli, kā arī cietā stāvokļa elektrolītu pamatmateriālus. Tam ir spēcīga atkarība no resursiem, augstas tehniskās barjeras un augsta tirgus koncentrācija. Midstream ir akumulatora izpētes un attīstības un ražošanas pamatne. Tehnoloģiskais jauninājums ir galvenais virzītājspēks, taču tas saskaras ar sarežģītu procesu un augsta izmaksu spiediena problēmām. Pakārtotie lietojumprogrammu lauki ir plaši, kas aptver jaunus enerģijas transportlīdzekļus, enerģijas uzkrāšanu, patēriņa elektroniku un citus laukus ar spēcīgu politikas atbalstu un milzīgu tirgus potenciālu.

Lai arī visu cieto stāvokļu baterijām ir plašas izredzes, tās joprojām saskaras ar daudzām problēmām uz ceļa uz komerciālo masu ražošanu.

Tehniskajā līmenī, kaut arī ir panākts zināms progress cietos elektrolītos, pozitīvajos un negatīvajos elektrodu materiālos utt., Joprojām pastāv dažas zinātniskās problēmas un inženiertehniskās problēmas, kuras steidzami jāatrisina. Piemēram, kā vēl vairāk uzlabot cieto elektrolītu jonu vadītspēju, uzlabot to savietojamību ar litija metālu un augstiem specifiskiem enerģijas elektrodu materiāliem un izveidojiet saderīgu un stabilu cietu cietu saskarni. Arī dažādiem tehniskajiem ceļiem ir savi trūkumi, piemēram, slikta ķīmiskā stabilitāte un sulfīdu elektrolītu sagatavošanas grūtības un zemā oksīda elektrolītu jonu vadītspēja. Šīs problēmas prasa nepārtrauktu pētniecības un attīstības ieguldījumu, lai pārvarētu.

Izmaksas ir arī svarīgs faktors, kas ierobežo visu cieto stāvokļu bateriju liela mēroga pielietojumu. Pašlaik šķidruma litija jonu akumulatora monomēru izmaksas ir aptuveni 0. 5 juaņas uz vatstundu, savukārt cietvielu bateriju materiālu izmaksas ir vairāk nekā 2 juaņas uz vatstundu bez liela mēroga masas ražošanas. 100- kilovatstundu akumulatora komplekta materiālu izmaksas pārsniedz 200, 000 juaņu, kas ir daudz augstāks nekā esošajām šķidruma baterijām. Piemēram, sulfīda cietvielu akumulatoru uztveršana kā tā ražošanai nepieciešamā reta metāla indija ir dārga, un litija sulfīda prekursoru sagatavošana ir sarežģīta un dārga, kas noved pie bateriju augstajām izmaksām.

Tirgus līmenī cietā stāvokļa baterijas, kā jauniem produktiem, ir nepieciešams noteikts laiks, lai iegūtu tirgus atzīšanu un pieņemšanu. Lai arī viņiem ir priekšrocības enerģijas blīvumam un drošībai, joprojām ir uzlabojumi, salīdzinot ar tradicionālajām litija baterijām cikla dzīves ziņā. Turklāt, kaut arī daži uzņēmumi ir sasnieguši nelielas partijas paraugu piegādi, tie vēl nav izveidojuši stabilus pasūtījumus, un faktiskajās lietojumprogrammu izredzēs ir nenoteiktība.

Paredzams, ka nākotnes raugoties nākotnē, ir sagaidāms, ka visu cietā stāvokļa baterijām būs nozīmīga loma daudzās jomās. Jaunu enerģijas transportlīdzekļu jomā tas ievērojami uzlabos transportlīdzekļa kruīzu diapazonu, drošības un uzlādes ātrumu, veicinās jauno enerģijas transportlīdzekļu nozari augstākā līmenī un paātrinās automobiļu rūpniecības elektrifikācijas pārveidi.

Enerģijas uzglabāšanas jomā visa cietā stāvokļa bateriju lielais enerģijas blīvums un garā cikla dzīves īpašības ļauj tām efektīvāk uzglabāt elektrību, līdzsvarot elektrības piegādi un pieprasījumu un nodrošināt lielu atbalstu plaša mēroga piekļuvei un atjaunojamās enerģijas stabilai darbībai.

Patēriņa elektronikas jomā visu cieto stāvokļu baterijas var padarīt ierīces plānākas un izturīgākas un uzlabot lietotāju pieredzi.

Nepārtraukti attīstoties tehnoloģijai un nozares attīstībai, visu cieto stāvokļu akumulatoru darbība turpinās uzlaboties, un paredzams, ka izmaksas pakāpeniski samazināsies. Daudzu uzņēmumu pastāvīgie ieguldījumi un attīstība un attīstība, kā arī sadarbības inovāciju veicināšana starp rūpniecību, akadēmisko aprindu un pētniecību, paātrinās visu cieto stāvokļu bateriju tehnoloģisko izrāvienu un komercializāciju. Politikas līmenī dažādu valstu valdības pastāvīgi palielina atbalstu jaunām enerģijas tehnoloģijām, kas arī radīs labu politikas vidi visu cietā stāvokļa akumulatoru nozares attīstībai.

Kā galvenie komandējošie konkurences augstumi par nākamās paaudzes akumulatora tehnoloģiju, visu cieto stāvokļu baterijas saskaras ar vairākām problēmām, piemēram, tehnoloģijām, izmaksām un tirgu, taču tām ir gaiša nākotne. Paredzams, ka globālās enerģijas transformācijas un tehnoloģiskā progresa vilnī ir paredzēts, ka visu cieto stāvokļu baterijas kļūs par galveno spēku, lai veicinātu enerģijas uzkrāšanas transformāciju un ieviestu jaunu enerģijas uzkrāšanas laikmetu.