Kaj so polprevodniške baterije?

Že maja letos so se številni mediji razpisali o 6 milijard vrednem projektu polprevodniških baterij.

Nato so nekatera podjetja za polprevodniške baterije napovedala, da bodo leta 2027 industrializirala popolnoma polprevodniške baterije. Sledile so različne tiskovne konference, na katerih so razglasili, kako visoka sta lahko energijska gostota in zmogljivost cikla. Pogosto lahko slišimo energijsko gostoto posamezne celice določenega podjetja 700+Wh/kg.

Torej, kaj točno je polprevodniška baterija? Kakšno raven je zdaj dosegel trg? Po komunikaciji s številnimi prijatelji okoli sebe sem ugotovil, da je prvi koncept, ki ga je enostavno zamenjati s polprevodniškimi baterijami, poltrdne in popolnoma trdne.

Lahko rečemo, da so skoraj vse tako imenovane polprevodniške baterije, ki trenutno krožijo na trgu, poltrdne baterije, torej mešanica trdno-tekoče. Vendar pa je bilo po razstavljanju številnih polprevodniških baterij ugotovljeno, da je tako imenovana mešanica trdno-tekoče dejansko težko vidna in je skoraj enaka stanju tekočih baterij. Tudi z nekaterimi natančnimi karakterizacijami je težko najti namige.

Obstajata dve reprezentativni kitajski podjetji: Qingtao in Weilan. Glavni sistem Qingtao je litij železov fosfat (seveda imajo tudi ternarni sistem), Weilan pa predstavlja ternarni (seveda imajo tudi železo litij). Prva je v glavnem tehnologija keramične prevleke, druga pa se oglašuje kot tehnologija strjevanja in situ (poudarek je na publiciteti). Rečeno je, da ima Qingtao trenutno v obtoku celice 380 Wh/kg, Weilan pa trenutno prodaja celice 350 Wh/kg s kapaciteto 110 Ah.

Kaj pa popolnoma polprevodniške baterije? Polprevodniške baterije delimo predvsem na okside, polimere in sulfide (seveda obstajajo tudi halogenidi). Sodeč po trenutnem statusu razvoja vseh vodilnih podjetij je celotna tehnološka pot sulfidna. Tako imenovana sulfidna polprevodniška baterija je pravzaprav mešanica materialov pozitivne in negativne elektrode z elektroliti in vezivnimi prevodnimi sredstvi, ki tvorijo pozitivno elektrodo (seveda obstajajo suhe in mokre metode), nato pa elektrolit in majhna količina vezivo mešamo, da nastane film (seveda obstajata suha in mokra metoda). Če gre za mokro metodo, je sulfidni sistem zelo občutljiv na sistem topil in je seveda potrebno posebno vezivo. Končno so pozitivne in negativne elektrode ter elektrolitska membrana zložene plast za plastjo, da tvorijo povsem polprevodniško baterijsko celico. Vsak od teh procesov ima vrzel, ki blokira industrializacijo popolnoma polprevodniških baterij.

Druga stvar, ki jo je enostavno zamenjati, je polprevodniška baterija=visoka varnost in visoka gostota energije

To je velik nesporazum večine ljudi, vključno s tistimi v industriji. Menijo, da imajo polprevodniške baterije visoko energijsko gostoto. Mnogi ljudje izven industrije pogosto polagajo svoje upe na polprevodniške baterije in pogosto pravijo, da "ko bodo na trg prišle polprevodniške baterije, ne bo tekočine". Pravzaprav temu ni tako. Da bi razumeli to logiko, moramo najprej izhajati iz koncepta energijske gostote: energijska gostota=energija/teža, energijo pa določa material sam, tako da energijsko gostoto baterijske celice določa materialni sistem baterije.

Železo-litijeve baterije so trenutno 180Wh/kg. Ker so trinarne baterije razdeljene na veliko sistemov, je njihova energijska gostota v osnovi v območju 240-360 ali celo 380Wh/kg (več kot 285Wh/kg zahteva materiale na osnovi silicija). Seveda ima sistem litijevega kobaltovega oksida v bistvu več kot 200 energijskih gostot. Zdaj je veliko propagande gostote energije na trgu doseglo 450, 500, 600 ali celo 700 Wh/kg ali več. V bistvu je material negativne elektrode kovinski litij ali brez negativne elektrode. To je splošno stanje energijske gostote. Materiali pozitivnih in negativnih elektrod popolnoma polprevodniških baterij niso bili ločeni od tekočih surovin. Zato energijska gostota popolnoma polprevodniških baterij ne bo višja od gostote tekočih baterij.

Visoka vrednost, o kateri vsi govorijo, dejansko temelji na pričakovanju, da lahko popolnoma polprevodniške baterije uporabljajo litijeve kovinske negativne elektrode za doseganje visoke energijske gostote baterijske celice po rešitvi varnostnega problema, vendar ta težava ni nič manjša od reševanja varnostni problem tekočih litijevih kovinskih baterij. Zato je nevzdržno reči, da je energijska gostota polprevodniških baterij nizka. Nasprotno, glede na dejanski status razvoja bo gostota energije polprevodniških baterij nižja. Prvi izhaja iz uporabe visokoenergijskih sistemskih materialov, drugi izhaja iz deleža aktivnih materialov, tretji izhaja iz debeline elektrolitske membrane in četrti izhaja iz problema, da vsi ne plačajo. trenutno veliko pozornosti. Za delovanje popolnoma polprevodniških baterij je potrebna visokotlačna objemka. Objemka bo med dejansko uporabo povečala težo električne opreme in s tem do določene mere zmanjšala prednost energijske gostote baterijske celice.

Na splošno imajo popolnoma polprevodniške baterije močno izboljšano varnost (obstajajo dejanski testi), toda kot sulfidna polprevodniška baterija z mehkim embalažnim materialom je sulfid sam material z velikimi varnostnimi tveganji. Drugič, izboljšanje varnosti popolnoma polprevodniških baterij je prav tako omejeno. Samo po sebi ni varno. Do določene mere lahko še vedno sproži termični beg baterije.

Zgoraj je nekaj relativno makroskopskega razumevanja trenutnih polprevodniških baterij, vključno s popolnoma polprevodniškimi in poltrdnimi. Seveda je na dolgi rok povsem trdno stanje še vedno optimistično. Glede na trenutno situacijo težave pri reševanju varnostnih problemov visokoenergijskih tekočih baterij niso nujno nižje od težav pri razvoju nove generacije visokovarnostnih popolnoma polprevodniških baterij. Verjamem, da lahko s skupnimi močmi zgornjih in spodnjih industrijskih verig prebijemo status quo in uresničimo revolucijo.

Opomba: večina člankov, ponatisnjenih na tem spletnem mestu, je zbranih z interneta. Avtorske pravice člankov pripadajo izvirnemu avtorju in izvirnemu viru. Pogledi v članku so samo za skupno rabo in komunikacijo. Če imate kakršne koli težave z avtorskimi pravicami, mi to sporočite in pravočasno jih bom rešil.