Com és el desenvolupament actual de les bateries d’estat sòlid?

Les bateries d'estat sòlid es refereixen a les bateries produïdes mitjançant elèctrodes d'estat sòlid i electròlits d'estat sòlid. Diferents de les bateries existents en forma de líquid, són una de les direccions principals per al desenvolupament de bateries de vehicles de nova energia en el futur. Recentment, quan el grup Volkswagen va anunciar el seu informe financer del segon trimestre, el conseller delegat del grup Volkswagen, Herbert Diss, va dir que Volkswagen té previst produir bateries d'estat sòlid de forma independent i que la producció en sèrie pot començar el 2024 o el 2025. Segons el" nacional; full de ruta d’estalvi i tecnologia de nous vehicles" ;, el 2025, l’objectiu de densitat d’energia de les bateries de liti per a vehicles elèctrics purs és de 400Wh / kg i l’objectiu el 2030 és de 500Wh / kg. Pel que fa a la bateria ternària actualment àmpliament utilitzada, el coll d’ampolla tècnic existent en aquesta etapa dificulta l’assoliment dels objectius anteriors.

Si la densitat energètica de les bateries de liti de potència és assolir l’objectiu de densitat d’energia superior a 500Wh / kg tal com s’ha programat, el sistema de bateries d’electròlit líquid existent pot ser impotent. Com a ruta tecnològica de bateria d’última generació per a 500Wh / kg, la investigació i desenvolupament del sistema de bateries d’estat sòlid s’ha convertit en una demanda rígida. El desenvolupament a mitjà i llarg termini de la nova indústria automobilística energètica requereix noves reserves tècniques i s’espera que les bateries de liti-ió d’estat sòlid esdevinguin la ruta tecnològica dominant per a la propera generació de bateries de liti de potència automotriu. No només és una direcció de desenvolupament important per a les bateries secundàries en el futur, sinó que també és una tasca important en l'actualitat.

Quins avantatges tenen les bateries d'estat sòlid en comparació amb les bateries ternàries? En primer lloc, pel que fa a la densitat d’energia, la finestra electroquímica dels electròlits orgànics que s’utilitzen actualment en bateries ternàries i altres de liti-ió és limitada i és difícil ser compatible amb ànodes metàl·lics de liti i materials càtodes d’alt potencial desenvolupats recentment. No obstant això, els electròlits sòlids solen tenir una capacitat elèctrica més gran que els electròlits orgànics. La finestra química ajuda a augmentar encara més la densitat d’energia de la bateria. En segon lloc, en termes de volum, atès que l'electròlit és substituït per un electròlit sòlid, el volum d'una bateria sòlida serà menor amb la mateixa densitat d'energia. Amb la mateixa quantitat d'energia, les bateries d'estat sòlid es reduiran. En el cas que la densitat d’energia sigui la mateixa, la massa i el volum de la bateria d’estat sòlid amb la mateixa càrrega seran menors que la de la bateria d’electròlit líquid. No només això, perquè no hi ha electròlit a la bateria d’estat sòlid, és més fàcil segellar-lo. Quan s’utilitza en equips de gran escala, com ara automòbils, no cal afegir tubs de refrigeració addicionals, controls electrònics, etc., cosa que permet estalviar costos i reduir el seu propi pes. Després d’utilitzar un electròlit sòlid, l’elèctrode negatiu de grafit es pot substituir per liti metàl·lic, cosa que redueix significativament el pes de tota la bateria.

Des de la perspectiva del disseny de les bateries d’estat sòlid en diversos països, Toyota està més avançada en tecnologia. Va llançar bateries d'estat sòlid de sulfur el 2010. El 2014, la densitat d'energia del prototip experimental de la bateria&# 39 va arribar als 400Wh / kg. Al febrer de 2017, les patents relacionades amb la bateria d’estat sòlid de Toyota&# 39 arribaven a 30, molt superiors a les d’altres empreses. Segons els executius de Toyota, Toyota realitzarà la industrialització de les bateries d'estat sòlid de sulfur el 2020. A més, Samsung també ha obtingut certs resultats, utilitzant electròlits sòlids basats en sulfurs per produir un assaig secundari laminat total de 2000 mAh, 175Wh / kg pila.

L’empresa nacional CATL també és relativament madura en bateries d’estat sòlid de sulfur i actualment està accelerant el desenvolupament de bateries de liti metàl·lic de tot estat sòlids de sulfur per a vehicles elèctrics. A més, val a dir que Ganfeng Lithium ha completat recentment el primer projecte de línia pilot de recerca i desenvolupament de bateries d’estat sòlid de primera generació, i les seves mostres han passat la inspecció del Centre d’Inspecció d’Automòbils de l’Institut de Recerca d’Automòbils de la Xina, i el projecte no té cap precedent pràctic reeixit a la Xina, líder internacional. Es preveu que l’avenç tecnològic assolirà la producció en massa el 2019.

En comparació amb les bateries ternàries, les bateries d’estat sòlid tenen tants avantatges, per què no han aconseguit la producció en massa? La clau de les bateries d'estat sòlid són els materials electròlits d'estat sòlid. La raó més important de la dificultat en el desenvolupament de bateries d'estat sòlid en aquesta etapa és el fracàs dels materials electròlits en aconseguir avenços. Cap dels materials electròlits sòlids inorgànics i electrolítics de polímers existents té una alta conductivitat iònica i resistència mecànica, però també té bones propietats de processament.

Els problemes tècnics de les bateries de liti de potència sempre han estat el coll d'ampolla que restringeix el desenvolupament de vehicles de nova energia, i el coll d'ampolla que les bateries d'estat sòlid són difícils de trencar també es troba en la tecnologia. Actualment, la ferotge competència de&# 39 a la indústria de les bateries de liti, les empreses que realment tenen el darrer riure són sovint les que dominen les tecnologies bàsiques. Les bateries d'estat sòlid són una important direcció de desenvolupament de tecnologia en el futur, i ja és el consens de la indústria. Si les empreses xineses poden guanyar el proper" dura batalla" encara necessita l’esforç conjunt dels col·legues de la indústria.