Ihanteet loistavat todellisuudeksi: All-Solid-State-paristot ovat massatuotannossa

Globaalin energianmuutoksen taustalla uusi energiateknologia kehittyy nopeasti. All-Solid-State -akkuista, erittäin lupaavana seuraavan sukupolven akkutekniikana, on vähitellen tulossa teollisuuden painopiste. Äskettäin autovalmistajat, kuten Changan Automobile ja BYD

All-Solid-State-akut viittaavat litium-ion-akkuihin, joissa käytetään kiinteän tilan elektrolyyttejä. Työperiaatteiden kannalta ne eivät eroa perinteisistä litiumparistoista, mutta niiden ydin, kiinteän tilan elektrolyytti, antavat heille monia etuja perinteisiin nestemäisiin litiumparistoihin nähden.

Turvallisuussuorituskyvyn kannalta perinteisten nestemäisten litiumparistojen elektrolyytti on syttyviä ja haihtuvia, mikä on tärkeä syy sähköajoneuvojen tulipaloihin ja jopa räjähdyksiin. All-Solid-State-paristoissa käytetty kiinteä elektrolyytti ei ole syttyvää, mikä vähentää huomattavasti akun palamisen ja räjähdyksen riskiä ja parantaa huomattavasti turvallisuutta. Esimerkiksi jotkut solid-state-akut kestävät korkeita lämpötiloja 1, 000 astetta ja voivat jatkaa virran toimittamista, vaikka kulma leikataan.

Energiatiheyden suhteen kaikilla kiinteillä tiloilla on ilmeisiä etuja. Perinteisten litiumparistojen energiatiheys on vähitellen lähestynyt pullonkaulaa. Litiumrautafosfaattiparistojen energiatiheys on 150-210 WH/kg, ja kolmen litiumparistojen yläraja on noin 350wh/kg. Kaikkien kiinteiden tilan paristojen energiatiheyden odotetaan saavuttavan yli 500 wh/kg. Esimerkiksi Changin-auton kehittämän Jinzhongzhaon energiatiheys voi saavuttaa 400wh/kg, ja risteilyalue ylittää 1500 kilometriä täysin ladattaessa, mikä lievittää suuresti alueen ahdistusta. Samanaikaisesti kiinteät elektrolyyttit kestävät korkeampia jännitteitä, ja akun tilavuutta voidaan edelleen vähentää, mikä parantaa huomattavasti latausnopeutta, ja sen odotetaan saavuttavan risteilyalueen 1, 000 kilometriä latauksen jälkeen 10 minuutin ajan.

Syklin stabiilisuuden ja korkean ja matalan lämpötilan suorituskyvyn kannalta myös koko kiinteän tilan paristot toimivat hyvin. Sen sykliikä voi saavuttaa yli 10, 000 kertaa, mikä on paljon korkeampi kuin kolmen litiumparistot ja litiumrautafosfaatti -akut, ja se voi ylläpitää hyvää suorituskykyä korkeassa ja matalassa lämpötilaympäristössä, mikä ratkaisee tehokkaasti perinteisten litiumparistojen hitaan lataamisen ja nopean voiman menetyksen talvella.

Tällä hetkellä kiinteän tilan paristoille on olemassa kolme yleistä teknistä reittiä: polymeerit, oksidit ja sulfidit.

Polymeerielektrolyytit kuuluvat orgaanisten elektrolyyttien luokkaan. Ne ovat joustavia, niillä on hyvät mekaaniset ominaisuudet, ne ovat helppo käsitellä ja muodostaa, ne ovat erittäin yhteensopivia olemassa olevien nestemäisten elektrolyyttien tuotantoprosessien kanssa, on helppo valmistaa ohutkalvoja suuressa mittakaavassa ja ne ovat saavuttaneet pienimuotoisen massatuotannon. Niiden johtavuus on kuitenkin alhainen huoneenlämpötilassa, yleensä välillä 10–10 ° C/cm, ja ne on lämmitettävä yli 60 asteeseen toimiakseen oikein. Heillä on kapea sähkökemiallinen ikkuna ja suhteellisen huono lämpöstabiilisuus.

Oksidielektrolyytit ovat vakaa ilmassa, ne ovat erinomaisia ​​lämpöstabiilisuutta, ne kestävät korkeat lämpötilat, jotka ovat yli 600 astetta, ne ovat korkea mekaaninen lujuus, ne voivat tehokkaasti estää litium-dendriittien kasvua ja ne sopivat korkeajännitteisiin positiivisiin elektrodimateriaaleihin, kuten korkean nikkelin terniaalisiin materiaaleihin. T & K -kustannukset ja vaikeudet ovat suhteellisen alhaiset. Sillä on kuitenkin myös alhainen ionisen johtavuus. Johtavuus huoneenlämpötilassa on yleensä välillä 10–10 ° C/cm, jota on parannettava korkean lämpötilan sintrauksella tai nestemäisten elektrolyyttien lisäämisellä, ja rajapinnan impedanssi elektrodiin on korkea, mikä johtaa lyhyeen syklin elämään.

Sulfidielektrolyytteillä on erinomainen suorituskyky ja korkein ioninen johtavuus. Kohtaus huoneenlämpötilassa voi saavuttaa 10 qs/cm, joka on lähellä nestemäisten elektrolyyttien tasoa. Ne tukevat nopeaa latausta ja purkamista, ja teoreettinen energiatiheys ylittää 500 wh/kg. Ne ovat yhteensopivia litiummetallikappaleiden elektrodien kanssa, niillä on hyvä lämpöstabiilisuus, ne ovat pehmeitä rakenteeltaan ja niillä on vahva plastisuus. Niillä on kuitenkin huono kemiallinen stabiilisuus ja ne on helppo reagoida kosteuden ja hapen kanssa ilmassa myrkyllisen rikkivetykaasun tuottamiseksi. Niitä on vaikea valmistaa ja niillä on korkeat tuotantokustannukset.

Maailmanlaajuisesti monet yritykset ovat investoineet koko kiinteän tilan paristojen tutkimukseen ja kehittämiseen ja tuotantoon ja nopeuttaneet niiden asettelua. Japanilaiset autovalmistajat aloittivat varhaisessa vaiheessa kiinteän tilan paristojen tutkimuksen ja kehittämisen.
Toyota Motors aloitti kiinteän tilan akun tutkimuksen ja kehityksen jo vuonna 2006 ja ilmoitti äskettäin aloittavansa pienimuotoisen kokeilutuotannon vuonna 2026 ja massatuotannon vuoden 2030 jälkeen;
Honda Motors ilmoitti aloittavansa puhtaan sähköajoneuvojen koko kiinteän tilan paristojen kokeilutuotannon tammikuussa 2025; Nissan aikoo aloittaa kiinteän tilan paristojen kokeilutuotannon Yokohama-tehtaassaan tänä vuonna ja käynnistää sähköajoneuvot, jotka on varustettu kaikilla kiinteillä tiloilla paristoilla vuoteen 2028 mennessä.

Kiinalaiset yritykset eivät myöskään halua jäädä jälkeen. CATL on rakentanut pilottituotantolinjan koko kiinteän tilan paristoille ja johtaa parhaillaan prosessin optimointia ja tuotteiden todentamista. Sen odotetaan tuottavan massatuotannon koko kiinteän tilan paristot pienessä mittakaavassa vuonna 2027.

BYD aloitti koko kiinteän tilan paristojen tutkimuksen ja kehittämisen vuonna 2013 ja on aloittanut kiinteän tilan akkujen teollistumisen toteutettavuuden todentamisen kattamalla keskeiset materiaalitekniikan läpimurtot, akkukennon järjestelmän kehittämisen ja tuotantolinjan rakentamisen. Sen odotetaan aloittavan massan esittelyn ja asentamisen koko kiinteän tilan paristojen vuonna 2027 ja saavuttavan laajamittaisen kaupallistamisen vuoden 2030 jälkeen.

Changan Automobile aikoo käynnistää 8 itsehuollon akkukennoa, mukaan lukien nestemäiset, puoliksi kiinteät ja kiinteät, vuoteen 2030 mennessä, toiminnallisten prototyyppien käynnistämiseksi vuonna 2025 ja vähitellen massatuotannon kokonaisvaltioiden paristoihin vuonna 2027.

Gac Aion ilmoitti saavuttavansa massatuotannon ja asennuksen koko kiinteän tilan paristojen vuonna 2026 ja asennetaan ensin huippuluokan tuotemerkkiin Haobo;

Chery Automobile aikoo saavuttaa yleisen tilan akun asennuksen vuonna 2026 ja laajamittainen massatuotanto vuonna 2027;

SAIC-ryhmä ilmoitti, että kaikki kiinteät tilat akut tuotetaan massatuotannosta ja toimitetaan vuonna 2026, ja Zhiji-uudet autot, jotka on varustettu kaikilla kiinteillä tiloilla akkuilla, saadaan massatuotanto ja toimitetaan vuonna 2027.

Alan koko teollisuuden näkökulmasta kiinteän tilan akkuteollisuusketju on samanlainen kuin nestemäiset akut, jotka kattavat ylävirran raaka-aineiden tarjonnan, keskivirran akkumateriaalit ja valmistuksen sekä loppupään levitysalueet. Uptream tarjoaa pääasiassa metalliresursseja, kuten litiumia, kobolttia ja nikkeliä, samoin kuin solid-state-elektrolyyttien ydinmateriaaleja. Sillä on vahva resurssiriippuvuus, korkeat tekniset esteet ja korkea markkinoiden keskittyminen. Keskimmäisvirta on akkututkimuksen ja kehityksen ja valmistuksen ydinlinkki. Teknologinen innovaatio on keskeinen liikkeellepaneva voima, mutta sillä on monimutkaisten prosessien ja korkean kustannuspaineen ongelmia. Alavirran sovelluskentät ovat laajoja, ja ne kattavat uusia energiaajoneuvoja, energian varastointia, kulutuselektroniikkaa ja muita aloja, joilla on vahva politiikkatuki ja valtavat markkinoiden potentiaalit.

Vaikka kaikki kiinteät tilat akut ovat laajat näkymät, ne kohtaavat silti monia haasteita kaupalliseen massatuotantoon.

Teknisellä tasolla, vaikka kiinteissä elektrolyytteissä, positiivisissa ja negatiivisissa elektrodimateriaaleissa jne. On edistynyt jonkin verran, on edelleen joitain tieteellisiä perusongelmia ja teknisiä teknisiä ongelmia, jotka on ratkaistava kiireellisesti. Esimerkiksi kuinka parantaa kiinteiden elektrolyyttien ionista johtavuutta edelleen, parantaa niiden yhteensopivuutta litiummetallilla ja korkealla spesifinen energiaelektrodimateriaalilla ja rakentaa yhteensopiva ja stabiili kiinteän ja kiinteän rajapinnan. Eri teknisillä reiteillä on myös omat puutteensa, kuten sulfidielektrolyyttien valmistuksen heikko kemiallinen stabiilisuus ja vaikeus ja oksidielektrolyyttien alhainen ioninen johtavuus. Nämä ongelmat vaativat jatkuvia T & K -investointeja voittamiseksi.

Kustannukset ovat myös tärkeä tekijä, joka rajoittaa koko kiinteän tilan paristojen laajamittaista levitystä. Tällä hetkellä nestemäisten litium-ioni-akkujen monomeerien kustannukset ovat noin 0. 5 yuan wattia tuntia kohti, kun taas kiinteiden asteiden paristojen materiaalikustannukset ovat yli 2 yuania watt-tuntia kohden ilman laajamittaista massatuotantoa. Pelkästään 100- kilowattitunnin akkupakkauksen materiaalikustannukset ylittävät 200, 000 yuan, joka on paljon korkeampi kuin olemassa olevat nestemäiset akut. Esimerkiksi sulfidi-puolueellisten paristojen ottaminen tuotantoon tarvittava harvinainen metalli indium on kallis, ja litiumsulfidiprekursorien valmistus on vaikeaa ja kallista, mikä johtaa paristojen korkeisiin kokonaiskustannuksiin.

Markkinatasolla kiinteän tilan paristot, uusina tuotteina, tarvitsevat tietyn ajan markkinoiden tunnistamisen ja hyväksynnän saamiseksi. Vaikka niillä on etuja energiatiheydessä ja turvallisuudessa, parannustilaa on edelleen verrattuna perinteisiin litiumparistoihin syklin elämän suhteen. Lisäksi, vaikka jotkut yritykset ovat saavuttaneet pienen näytteen toimituksen, ne eivät ole vielä muodostuneet vakaista tilauksista, ja todellisissa hakemusnäkymissä on epävarmuutta.

Tulevaisuuteen katsottuna kaikki kiinteät valtioiden akut odotetaan olevan tärkeä rooli monilla aloilla. Uusien energiaajoneuvojen alalla se parantaa merkittävästi ajoneuvon risteilyaluetta, turvallisuutta ja latausnopeutta, edistää uutta energiaajoneuvoteollisuutta korkeammalle tasolle ja nopeuttaa autoteollisuuden sähköistämismuutosta.

Energian varastoinnin alalla koko kiinteän tilan paristojen korkean energian tiheys ja pitkän syklin käyttöiän ominaisuudet antavat heille mahdollisuuden säilyttää sähköä tehokkaammin, tasapainottaa sähkön tarjontaa ja kysyntää ja tarjota voimakasta tukea uusiutuvan energian laajamittaiselle pääsylle ja vakaalle toiminnalle.

Kulutuselektroniikan alalla kaikki kiinteät tilat paristot voivat tehdä laitteista ohuempia ja kestävämpää ja parantaa käyttökokemusta.

Teknologian jatkuvan edistymisen ja teollisuuden kehityksen myötä koko kiinteän tilan paristojen suorituskyky jatkaa paranemista, ja kustannusten odotetaan vähenevän vähitellen. Monien yritysten jatkuva investointi ja tutkimus- ja kehitys sekä teollisuuden, yliopistojen ja tutkimuksen välisen yhteistyöinnovaation edistäminen nopeuttavat koko kiinteän tilan paristojen teknistä läpimurtoa ja kaupallistamista. Politiikan tasolla eri maiden hallitukset lisäävät jatkuvasti tukea uusille energiateknologialle, mikä luo myös hyvän poliittisen ympäristön koko kiinteän tilan akkuteollisuuden kehittämiselle.

Seuraavan sukupolven akkutekniikan kilpailun avainkomentereina, kaikki kiinteät tilat akut kohtaavat useita haasteita, kuten tekniikka, kustannukset ja markkinat, mutta niillä on valoisa tulevaisuus. Globaalin energianmuutoksen ja teknologisen kehityksen aallossa kaikki kiinteät tilan akut odotetaan olevan ydinvoima energian varastoinnin muuntamisen edistämiseksi ja uuden energian varastoinnin aikakaudella.