Mitä ovat solid-state-akut?

Jo tämän vuoden toukokuussa monet tiedotusvälineet ovat hypänneet 6 miljardin solid-state-akun projektiin.

Myöhemmin jotkut solid-state-akkuyhtiöt ovat ilmoittaneet teollistavansa kaikki solid-state-akut vuonna 2027. Sen jälkeen on järjestetty useita lehdistötilaisuuksia, joissa kerrottiin, kuinka korkea energiatiheys ja syklin suorituskyky voivat olla. Usein voidaan kuulla tietyn yrityksen yksittäisen kennon energiatiheys 700+Wh/kg.

Joten mikä on solid-state-akku? Minkä tason markkinat ovat nyt saavuttaneet? Keskusteltuani monien ympärilläni olevien ystävien kanssa huomasin, että ensimmäinen käsite, joka on helppo sekoittaa puolijohdeakkuihin, on puolikiinteä ja täysin kiinteä.

Voidaan sanoa, että lähes kaikki markkinoilla tällä hetkellä liikkeellä olevat ns. solid-state-akut ovat puolisolid-state-akkuja eli solid-neste-seosta. Useiden solid-state-akkujen purkamisen jälkeen kuitenkin havaittiin, että niin kutsuttu kiinteä-neste-seos on itse asiassa vaikea nähdä, ja se on melkein sama kuin nestemäisten akkujen tila. Jopa joidenkin tarkkojen luonnehtimien perusteella on vaikea löytää vihjeitä.

Kiinalaisia ​​edustavia yhtiöitä on kaksi: Qingtao ja Weilan. Qingtaon pääjärjestelmä on litiumrautafosfaatti (tietysti heillä on myös kolmikomponentti), ja Weilan edustaa kolmikomponenttia (tietysti heillä on myös rautalitiumia). Ensin mainittu on pääasiassa keraamista pinnoitustekniikkaa, ja jälkimmäistä mainostetaan in situ -kovetusteknologiana (painopiste on julkisuudessa). Sanotaan, että Qingtaossa on tällä hetkellä liikkeessä 380 Wh/kg kennoja, ja Weilan myy tällä hetkellä 350 Wh/kg kennoja, joiden kapasiteetti on 110 Ah.

Entä solid-state-akut? Kiinteän olomuodon akut jaetaan pääasiassa oksideihin, polymeereihin ja sulfideihin (tietysti on myös halogenideja). Johtavien yritysten tämänhetkisen kehitystilan perusteella päätellen koko teknologiapolku on sulfidia. Ns. sulfidi-solidstate-akku on itse asiassa seos positiivisten ja negatiivisten elektrodimateriaalien kanssa elektrolyyttien ja sideainejohtavien aineiden kanssa positiivisen elektrodin muodostamiseksi (tottakai on kuiva- ja märkämenetelmiä), ja sitten elektrolyytti ja pieni määrä sideaine sekoitetaan muodostamaan kalvo (tietysti on kuiva- ja märkämenetelmiä). Jos kyseessä on märkämenetelmä, sulfidijärjestelmä on erittäin herkkä liuotinsysteemille, ja tietysti tarvitaan erityistä sideainetta. Lopuksi positiiviset ja negatiiviset elektrodit ja elektrolyyttikalvo pinotaan kerros kerrokselta täysin kiinteän tilan akkukennon muodostamiseksi. Jokaisessa näistä prosesseista on aukko, joka estää täysin solid-state-akkujen teollistumisen.

Toinen asia, joka on helppo sekoittaa, on puolijohdeakku=korkea turvallisuus ja korkea energiatiheys

Tämä on suuri väärinymmärrys useimpien ihmisten, myös alan ihmisten, keskuudessa. He ajattelevat, että solid-state-akuilla on korkea energiatiheys. Monet alan ulkopuoliset ihmiset panevat usein toiveensa täysin solid-state-akkuihin, sanoen usein, että "ei ole nestettä, kun solid-state-akut tulevat ulos". Itse asiassa näin ei ole. Tämän logiikan ymmärtämiseksi meidän on ensin lähdettävä energiatiheyden käsitteestä: energiatiheys=energia/paino ja energia määräytyy itse materiaalin mukaan, joten akkukennon energiatiheys määräytyy materiaalijärjestelmän mukaan. akusta.

Rauta-litiumparistot ovat tällä hetkellä 180 Wh/kg. Koska kolmiosaiset akut on jaettu useisiin järjestelmiin, niiden energiatiheys on periaatteessa alueella 240-360 tai jopa 380 Wh/kg (yli 285 Wh/kg vaatii piipohjaisia ​​materiaaleja). Tietenkin litiumkobolttioksidijärjestelmällä on periaatteessa yli 200 energiatiheyttä. Nyt monet markkinoilla olevat energiatiheyspropagandat ovat saavuttaneet 450, 500, 600 tai jopa 700 Wh/kg tai enemmän. Pohjimmiltaan negatiivinen elektrodimateriaali on litiummetallia tai ei negatiivista elektrodia. Tämä on energiatiheyden yleinen tila. Täysin solid-state-akkujen positiivisia ja negatiivisia elektrodimateriaaleja ei ole erotettu nestemäisistä raaka-aineista. Siksi täysin solid-state-akkujen energiatiheys ei ole korkeampi kuin nestemäisten akkujen.

Suuri arvo, josta kaikki puhuvat, perustuu itse asiassa siihen odotukseen, että kiinteän tilan akut voivat käyttää negatiivisia litiummetallielektrodeja saavuttaakseen akkukennon korkean energiatiheyden turvallisuusongelman ratkaisemisen jälkeen, mutta tämä vaikeus ei ole vähempää kuin ongelman ratkaiseminen. nestemäisten litiummetalliakkujen turvallisuusongelma. Siksi on kestämätöntä sanoa, että solid-state-akkujen energiatiheys on alhainen. Päinvastoin, todellisesta kehitystilanteesta lähtien täysin solid-state-akkujen energiatiheys on pienempi. Ensimmäinen tulee korkeaenergisten järjestelmämateriaalien levittämisestä, toinen tulee aktiivisten materiaalien osuudesta, kolmas tulee elektrolyyttikalvon paksuudesta ja neljäs johtuu ongelmasta, että kaikki eivät maksa paljon huomiota tällä hetkellä. Täysin solid-state-akkujen toiminta vaatii korkeapainepuristimen. Puristin lisää sähkölaitteen painoa todellisen käytön aikana, mikä vähentää jossain määrin akkukennon energiatiheyden etua.

Kaiken kaikkiaan täyssolid-state-akut ovat parantaneet huomattavasti turvallisuutta (todellisia testejä on), mutta sulfidi-solid-state-akkuna, jossa on pehmeä pakkausmateriaali, sulfidi itsessään on materiaali, johon liittyy suuria turvallisuusriskejä. Toiseksi, myös täysin solid-state-akkujen turvallisuuden parantaminen on rajallista. Se ei ole luonnostaan ​​turvallista. Tietyssä määrin se voi silti laukaista akun lämpökarkaamisen.

Yllä oleva on suhteellisen makroskooppista käsitystä nykyisistä solid-state-akuista, mukaan lukien täysin solid-state-akut ja puolijohde-akut. Tietysti pitkällä aikavälillä kaikki solid-state on edelleen optimistinen. Nykytilanteesta tarkasteltuna korkean energian nestemäisten akkujen turvallisuusongelmien ratkaisemisen vaikeus ei välttämättä ole pienempi kuin uuden sukupolven korkean turvallisuuden täyssolid-state-akkujen kehittämisen vaikeus. Uskon, että ylä- ja loppupään teollisuusketjujen yhteisillä ponnisteluilla voimme murtautua vallitsevasta tilanteesta ja toteuttaa vallankumouksen.

Huomautus: Suurin osa tällä sivustolla painetuista artikkeleista on koottu Internetistä. Artikkelien tekijänoikeudet kuuluvat alkuperäiselle tekijälle ja alkuperäiselle lähteelle. Artikkelin näkymät ovat vain jakamista ja viestintää varten. Jos sinulla on tekijänoikeusongelmia, ilmoita minulle, niin hoidan ne ajoissa.