باتری برق برای تازه کردن صنعت خودروهای الکتریکی؟

نیکی شیمبون ژاپن در 9 دسامبر گزارش داد که تویوتا در حال توسعه یک باتری حالت جامد است که با شارژ شدن می تواند 500 کیلومتر را طی کند و شارژ کامل آن 10 دقیقه طول می کشد که حداقل دو سوم کمتر از خودروهای الکتریکی سنتی است. انتظار می رود تویوتا به اولین تولید کننده خودروهای باتری جامد در جهان در تولید انبوه تبدیل شود و نمونه اولیه خودروهای خود را در سال آینده عرضه خواهد کرد.

علاوه بر اخبار تویوتا، شرکت QuantumScape، شرکتی که به طور مشترک توسط فولکس واگن و بیل گیتس سرمایه گذاری شده است، یک فناوری جدید باتری حالت جامد را نیز منتشر کرد که می تواند 80٪ در 15 دقیقه شارژ شود، چگالی انرژی را تا 50٪ افزایش دهد و طیف وسیع تری را تحمل کند. درجه حرارت، به پایین - 30 ℃. فولکس واگن اعلام کرد که هدفش ایجاد خط تولید باتری جدید تا سال 2025 است.

بنابراین، تفاوت بین باتری حالت جامد و باتری سنتی چیست؟

باتری لیتیومی سنتی: از الکترود مثبت، دیافراگم و الکترود منفی تشکیل شده و سپس با الکترولیت پر می شود.

باتری حالت جامد: باتری لیتیومی از الکترولیت جامد استفاده می کند و مواد الکترولیت تا حد زیادی عملکرد باتری لیتیومی حالت جامد را تعیین می کند.

تفاوت اصلی بین این دو این است که الکترولیت در باتری حالت جامد جامد است، به این معنی که محیط برای مهاجرت یون لیتیوم بین الکترودهای مثبت و منفی از مایع به جامد تغییر می کند. با ارتقای مداوم مواد کاتدی، الکترولیت جامد می‌تواند هماهنگی بهتری ایجاد کند، که منجر به بهبود چگالی انرژی سیستم باتری می‌شود.

مزایای باتری حالت جامد

با توجه به استفاده از الکترولیت جامد، در مقایسه با باتری های لیتیومی سنتی، باتری های جامد دارای ویژگی های غیر احتراق، مقاومت در برابر دمای بالا، عدم خوردگی، عدم تبخیر، خطر آتش کم و چگالی انرژی بالا هستند.

صنعتی شدن باتری حالت جامد

باتری حالت جامد به عنوان آخرین راه حل برای نگرانی از چگالی انرژی باتری و استقامت در نظر گرفته می شود. باتری حالت جامد دارای مزایای زیادی است، اما به دلیل هزینه بالا و ظرفیت تولید پایین، کاربرد زیادی نداشته است.

تجاری سازی باتری های حالت جامد ممکن است به آن سرعتی که مردم فکر می کنند نباشد. در سال 2019، Ningde Times گفت که به توسعه همه باتری‌های حالت جامد متعهد است و نمونه‌هایی را تولید کرده است، اما تجاری‌سازی کامل آنها 10 سال طول می‌کشد، به این معنی که آنها از تولید در مقیاس بزرگ فاصله دارند.

برنامه کاربردی باتری حالت جامد پیش بینی شده است.

-2021 دوره نهفتگی بازار باتری های حالت جامد خواهد بود. برنامه ریزی محصول و تحقیق و توسعه مربوطه انجام خواهد شد و بازار همچنان تحت سلطه باتری های سه تایی خواهد بود.

از سال 2021 تا 2025، باتری‌های حالت جامد وارد مرحله اولیه کاربرد خواهند شد و چگالی انرژی باتری به 300 تا 500 وات ساعت بر کیلوگرم می‌رسد و تعداد کمی از خودروهای الکتریکی سطح بالا به باتری‌های حالت جامد مجهز خواهند شد.

-از سال 2025 تا 2030 یا حتی بیشتر، بازار واقعاً بالغ خواهد بود، چگالی انرژی باتری‌های حالت جامد از 500 وات ساعت بر کیلوگرم فراتر خواهد رفت و تولید در مقیاس بزرگ واقعاً محبوب خواهد بود.

به طور کلی، تمام باتری‌های حالت جامد، به‌ویژه باتری‌هایی که برای کاربردهای با جریان بالا مانند خودروها استفاده می‌شوند، از مقیاس صنعتی شدن فاصله زیادی دارند و نیاز به ارتقاء و کنترل هزینه بیشتری دارند.

چرا برخی می گویند تولید انبوه قریب الوقوع است، در حالی که برخی دیگر می گویند 10 سال طول می کشد؟

همانطور که ممکن است حدس بزنید، "باتری های حالت جامد" که در حال حاضر برای تولید انبوه تبلیغ می شوند، همه باتری های حالت جامد نیستند، بلکه باتری های نیمه جامد هستند.

باتری‌های نیمه جامد معمولاً دارای یک الکترولیت جامد در یک الکترود و یک الکترولیت مایع در الکترود دیگر هستند. بسیاری از افرادی که با باتری های نیمه جامد آزمایش می کنند برای استفاده سریع تجاری هستند. به عنوان مثال، تویوتا هدف خود را بر توسعه تمام باتری های جامد برای تراموا گذاشته است، اما می گوید که به تدریج با باتری های "نیمه جامد" آغاز خواهد شد.

وقتی نینگ دی گفت که برای تولید در مقیاس بزرگ 10 سال طول می‌کشد، منظور او تمام باتری‌های حالت جامد بود و این هدف بود.

آیا باتری‌های حالت جامد تویوتا و کوانتوم‌اسکیپ تهدیدی برای استارت‌آپ‌ها خواهند بود؟

از دیدگاه توسعه باتری حالت جامد.

نوآوری فناوری باتری در کشورهای اروپایی و آمریکایی عمدتاً توسط استارتاپ ها هدایت می شود. از آنجایی که شرکت های کوچک مسئول نوآوری در کشورهای اروپایی و آمریکایی هستند و شرکت های بزرگ مشکلات نوآوری را از طریق ادغام و تملک حل می کنند، نیازی به کاوش گسترده نیست.

ژاپن تحت سلطه شرکت‌های سنتی خودرو و ماشین‌آلات است، زیرا شرکت‌های سنتی ژاپنی بسیار آینده‌نگر هستند و می‌خواهند هر فناوری جدیدی را امتحان کنند.

چین نسبتا دیر وارد عرصه باتری های حالت جامد شد. با این حال، ما معتقدیم که باتری های حالت جامد به اندازه رسانه ها قابل توجه نیستند. حتی اگر 1-2 سال فاصله در تحقیق و توسعه وجود داشته باشد، برای واژگون کردن موقعیت شرکت باتری های هد پاور کافی نیست.

اول، با تبدیل شدن باتری های لیتیومی به جریان اصلی، به سرعت بهبود می یابند. نسخه مایع فعلی، یا، به بهبود خود ادامه خواهد داد، به خصوص اگر هر سال، 5 سال، 10 سال 30 درصد بهبود داشته باشید، بازده باتری بهبود یافته مشابه باتری حالت جامد خواهد بود.

دوم، فناوری نوآورانه باتری حالت جامد را می توان به راحتی در شرکت ها ادغام کرد. باتری حالت جامد نیز مسیر باتری لیتیومی است. در مسیر باتری لیتیومی، این فناوری های بهبود یافته می توانند به راحتی توسط شرکت های پیشرو جمع آوری شوند. برای پیشرفت فناوری باتری جدید، آستانه و خطر ساخت یک کارخانه بسیار بالا است، بنابراین بسیاری از افراد فناوری را به شرکت های پیشرو می فروشند، که می توانند به سرعت مقیاس را گسترش دهند. شکاف فناوری نسبی باتری حالت جامد کوچک است و مزیت دسته بزرگ آشکارا در تجاری سازی باتری حالت جامد مهمتر است.