Ideali zasijejo v resničnost: A

V ozadju globalne preobrazbe energije se nove energetske tehnologije hitro razvijajo. Vzpostavljene baterije kot zelo obetavna tehnologija baterije naslednje generacije postopoma postajajo v središču pozornosti industrije. V zadnjem času so proizvajalci avtomobilov, kot sta Changan Automobile in BYD, napovedali razpored namestitve baterij v vseh trdnih stanju, kar kaže na to, da se proces komercializacije baterij v vseh trdnih stanju pospešuje.

Vse trdne baterije se nanašajo na litij-ionske baterije, ki uporabljajo elektroliti v trdnem stanju. Glede na načela delovnih načel se ne razlikujejo od tradicionalnih litijevih baterij, vendar jim njihova jedra, trdno stanje elektrolitov daje veliko prednosti pred tradicionalnimi tekočimi litijevimi baterijami.

Glede na varnostne zmogljivosti je elektrolit tradicionalnih tekočih litijevih baterij vnetljivo in nestanovitno, kar je pomemben vzrok za požare in celo eksplozije električnih vozil. Trden elektrolit, ki se uporablja v vse trdnih baterijah, ni vnetljiv, kar močno zmanjša tveganje za zgorevanje in eksplozijo baterije in močno izboljša varnost. Na primer, nekatere baterije v trdnem stanju lahko prenesejo visoke temperature 1, 000 stopinj in lahko nadaljujejo z napajanjem, tudi če je kotiček razrezan.

Glede na gostoto energije imajo vse trdne baterije očitne prednosti. Gostota energije tradicionalnih litijevih baterij se je postopoma približala ozkim grlom. Energetska gostota litijevih železovih fosfatnih baterij je 150-210 WH/kg, zgornja meja tritijevih baterij pa je približno 350Wh/kg. Pričakuje se, da bo energetska gostota vseh trdnih baterij dosegla več kot 500Wh/kg. Na primer, gostota energije akumulatorja Jinzhongzhao, ki jo je razvil Changnan Automobile, lahko doseže 400Wh/kg, in razpon križanja presega 1.500 kilometrov, ko se popolnoma napolni, kar močno ublaži tesnobo v območju. Hkrati lahko trdni elektroliti zdržijo večje napetosti, prostornina akumulacije pa se lahko še zmanjša, kar močno izboljša hitrost polnjenja, in pričakuje se, da bo dosegel razpon križarjenja 1, 000 kilometrov po polnjenju 10 minut.

Glede na stabilnost cikla in visoko in nizko temperaturno zmogljivostjo dobro delujejo tudi trdne baterije. Njegova življenjska doba cikla lahko doseže več kot 10, 000 krat, kar je veliko več kot tritijeve baterije in litijeve železove fosfatne baterije in lahko ohrani dobro delovanje v okolju z visoko in nizko temperaturo, kar učinkovito rešuje problem počasnega polnjenja in hitrega izgube tradicionalnih litijevih baterij v nizkih temperaturah v zimi.

Trenutno obstajajo tri glavne tehnične poti za baterije v trdnih stanju: polimeri, oksidi in sulfidi.

Polimerni elektroliti spadajo v kategorijo organskih elektrolitov. So prilagodljivi, imajo dobre mehanske lastnosti, so enostavne za obdelavo in oblikovanje, zelo združljive z obstoječimi proizvodnimi postopki tekočih elektrolitov, so enostavne za pripravo tankih filmov v velikem obsegu in so dosegle majhno množično produkcijo. Vendar je njihova prevodnost nizka pri sobni temperaturi, običajno med 10⁻⁷ in 10⁻⁴s/cm, za pravilno delo pa jih je treba segreti na nad 60 stopinj. Imajo ozko elektrokemično okno in razmeroma slabo toplotno stabilnost.

Oksidni elektroliti so stabilni na zraku, imajo odlično toplotno stabilnost, lahko prenesejo visoke temperature nad 600 stopinj, imajo visoko mehansko trdnost, lahko učinkovito zavirajo rast litijevih dendritov in so primerni za materiale z visokonapetostnimi pozitivnimi elektrodami, kot so visoko-nikelovne materiale. Stroški in težave z raziskavami in razvojem so razmeroma nizki. Vendar ima tudi problem nizke ionske prevodnosti. Prevodnost pri sobni temperaturi je običajno med 10⁻⁶ in 10⁻ psi/cm, kar je treba izboljšati z visokotemperaturnim sintranjem ali dodajanjem tekočih elektrolitov, vmesna impedanca z elektrodo pa je visoka, kar ima za posledico kratko življenjsko dobo cikla.

Sulfidni elektroliti imajo odlične zmogljivosti in najvišjo ionsko prevodnost. Prevodnost pri sobni temperaturi lahko doseže 10⁻²/cm, kar je blizu ravni tekočih elektrolitov. Podpirajo hitro polnjenje in odvajanje, teoretična gostota energije pa presega 500Wh/kg. Združljivi so z litijevim kovinskim negativnim elektrodam, imajo dobro toplotno stabilnost, so mehke teksture in imajo močno plastičnost. Vendar imajo slabo kemično stabilnost in jih je enostavno reagirati z vlago in kisikom v zraku, da ustvarijo strupeni vodikov sulfidni plin. Težko jih je pripraviti in imajo visoke proizvodne stroške.

Globalno je veliko podjetij investiralo v raziskave in razvoj ter proizvodnjo vse trdnih baterij in pospešilo njihovo postavitev. Japonski proizvajalci avtomobilov so začeli že zgodaj v raziskavah in razvoju trdnih baterij.
Toyota Motors je že leta 2006 začela raziskava in razvoj baterij v trdnih stanju, pred kratkim pa je sporočila, da bo leta 2026 začela mala preskusna proizvodnja in množično proizvodnjo po letu 2030;
Honda Motors je sporočila, da bo januarja 2025 začela s poskusno proizvodnjo vseh trdnih baterij za čista električna vozila; Nissan načrtuje, da bo letos v svoji tovarni Yokohama začel poskusno proizvodnjo trdnih baterij in do leta 2028 izstreliti električna vozila, opremljena z vse trdnimi baterijami.

Kitajska podjetja tudi ne želijo zaostajati. CATL je zgradil pilotno proizvodno linijo za vse trdne baterije in trenutno izvaja optimizacijo procesov in preverjanje izdelka. Pričakuje se, da bodo leta 2027 v majhnem obsegu v majhnem obsegu proizvajali vse trdne baterije.

BYD je v letu 2013 začel raziskovati in razvoj akumulatorjev v vseh trdnih stanju in začel preverjati izvedljivost industrializacije baterijskih baterij, ki pokriva ključne preboje materialne tehnologije, razvoj sistema baterijskih celic in gradnjo proizvodnih linij. Pričakuje se, da bo leta 2027 začela masno demonstracijo in namestitev baterij v vseh trdnih stanju ter dosegla obsežno komercializacijo po letu 2030.

Changlan Automobile načrtuje, da bo do leta 2030 zagnal 8 samorazvitih baterijskih celic, vključno s tekočimi, poltrdnimi in trdnimi, da bi leta 2025 zagnal funkcionalne prototipe in se postopoma množično proizvajalo vse trdne baterije leta 2027.

Gac Aion je sporočil, da bo leta 2026 dosegel množično proizvodnjo in vgradnjo baterij v vseh trdnih stanju, najprej pa bo nameščen v svoji vrhunski blagovni znamki Haobo;

Chery Automobile načrtuje, da bo leta 2026 dosegel vse trdno namestitev baterije in obsežno množično proizvodnjo leta 2027;

SAIC Group je sporočil, da bodo leta 2026 masno proizvedene in dostavljene masovne baterije, nove avtomobile Zhiji, opremljene z vse trdnimi baterijami, pa bodo množično proizvedene in dostavljene leta 2027.

S celotne perspektive industrije je industrijska veriga baterijskih baterij podobna kot pri tekočih baterijah, ki pokrivajo oskrbo s surovinami, srednjim materialom za baterije in proizvodnjo ter na nižji stopnji. Zgornji tok zagotavlja predvsem kovinske vire, kot so litij, kobalt in nikelj, ter jedrne materiale za elektroliti v trdnih stanju. Ima močno odvisnost od virov, visoke tehnične ovire in visoko koncentracijo na trgu. Srednji tok je temeljna povezava raziskovanja in razvoja baterij in proizvodnje. Tehnološka inovacija je ključna gonilna sila, vendar se sooča s težavami zapletenih procesov in visokega stroškovnega pritiska. Polja za uporabo na nižji stopnji so široka, zajemajo nova energetska vozila, shranjevanje energije, potrošniško elektroniko in druga polja, z močno podporo politike in velikim tržnim potencialom.

Čeprav imajo vse trdne baterije široke možnosti, se še vedno soočajo s številnimi izzivi na poti do komercialne množične proizvodnje.

Na tehnični ravni, čeprav je bil določen napredek dosežen v trdnih elektrolitih, pozitivnih in negativnih elektrodah itd., Je še vedno nekaj osnovnih znanstvenih težav in inženirskih tehničnih težav, ki jih je treba nujno rešiti. Na primer, kako še izboljšati ionsko prevodnost trdnih elektrolitov, izboljšati njihovo združljivost z litijevo kovino in visoko specifičnimi energetskimi elektrodnimi materiali ter zgraditi združljiv in stabilen trdno trden vmesnik. Različne tehnične poti imajo tudi svoje pomanjkljivosti, kot so slaba kemična stabilnost in težava pri pripravi sulfidnih elektrolitov in nizka ionska prevodnost oksidnih elektrolitov. Te težave zahtevajo nenehne naložbe v raziskave in razvoj, ki jih je treba premagati.

Stroški so tudi pomemben dejavnik, ki omejuje obsežno uporabo vso trdnih baterij. Trenutno so stroški monomerov tekočih litij-ionskih baterij približno 0. 5 juan na uro, medtem ko so materialni stroški trdnih baterij več kot 2 juan na vatno uro brez velike mase. Materialni stroški a baterijske pakete 100-}, ki presega 200, 000 juan, kar je veliko večje od obstoječih tekočih baterij. Kot primer jemanje sulfidnih baterij v trdnem stanju je redki kovinski indij, potreben za njegovo proizvodnjo, drag, priprava prekurzorjev litijevega sulfida pa je težka in draga, kar vodi do visokih skupnih stroškov baterij.

Na tržni ravni trdne baterije kot novi izdelki potrebujejo določen čas, da pridobijo prepoznavanje in sprejemanje trga. Čeprav imajo prednosti v gostoti in varnosti energije, je v primerjavi s tradicionalnimi litijevimi baterijami v smislu življenjske dobe cikla še vedno prostora za izboljšanje. Poleg tega, čeprav so nekatera podjetja dosegla dostavo vzorcev z majhnimi šarti, še niso oblikovala stabilnih naročil in v dejanskih možnostih prijave obstaja negotovost.

Če pogledamo v prihodnost, se pričakuje, da bodo na številnih področjih igrale pomembno vlogo. Na področju novih energetskih vozil bo znatno izboljšalo območje križarjenja vozila, varnost in hitrost polnjenja, spodbudilo novo industrijo energetskih vozil na višji ravni in pospešilo elektrifikacijsko preoblikovanje avtomobilske industrije.

Na področju shranjevanja energije visoka energetska gostota in življenjske značilnosti dolgo trdnih baterij omogočajo učinkovitejše shranjevanje električne energije, uravnoteženje oskrbe z električno energijo in povpraševanjem ter zagotavljajo močno podporo obsežnemu dostopu in stabilnemu delovanju obnovljive energije.

Na področju potrošniške elektronike lahko vse trdne baterije naredijo naprave tanjše in trajnejše ter izboljšajo uporabniško izkušnjo.

Z nenehnim napredkom tehnologije in razvojem industrije se bo uspešnost baterij v vseh trdnih stanju še naprej izboljševala, stroški pa naj bi se postopoma znižali. Nenehne naložbe in raziskave in razvoj mnogih podjetij ter spodbujanje skupnih inovacij med industrijo, akademijo in raziskavami bodo pospešile tehnološki preboj in komercializacijo baterij v vseh trdnih stanju. Na ravni politike vlade različnih držav nenehno povečujejo svojo podporo novim energetskim tehnologijam, ki bodo ustvarile tudi dobro politično okolje za razvoj industrije baterijskih baterij.

Kot ključne poveljniške višine konkurence za tehnologijo baterij nove generacije se baterije v vseh trdnih stanju soočajo z več izzivi, kot so tehnologija, stroški in trg, vendar imajo svetlo prihodnost. V valu globalne transformacije energije in tehnološkemu napredku naj bi vse trdne baterije postale temeljna sila za spodbujanje transformacije shranjevanja energije in sprožili novo obdobje shranjevanja energije.