მყარი მდგომარეობის ბატარეები: შემდეგი თაობის ბატარეის მარშრუტი

მყარი მდგომარეობის ბატარეები: შემდეგი თაობის ბატარეის მარშრუტი

14 მაისს, კორეა თაიმსის და სხვა მედიის ცნობით, სამსუნგი გეგმავს თანამშრომლობას Hyundai-სთან, რათა განავითაროს ელექტრო მანქანები და მიაწოდოს დენის ბატარეები და სხვა დაკავშირებული მანქანის ნაწილები Hyundai ელექტრო მანქანებისთვის. მედია ვარაუდობს, რომ Samsung და Hyundai მალე გააფორმებენ ურთიერთგაგების არასავალდებულო მემორანდუმს ბატარეის მიწოდებასთან დაკავშირებით. ცნობილია, რომ Samsung-მა Hyundai-ს თავისი უახლესი მყარი ბატარეა წარუდგინა.

Samsung-ის თქმით, როდესაც მისი პროტოტიპის ბატარეა სრულად დატენილია, მას შეუძლია ელექტრომობილს ერთდროულად 800 კილომეტრზე მეტი გატარების საშუალება მისცეს, ბატარეის ციკლის ხანგრძლივობა 1,000-ჯერ მეტი. მისი მოცულობა 50%-ით ნაკლებია იმავე სიმძლავრის ლითიუმ-იონურ ბატარეაზე. ამ მიზეზით, მყარი მდგომარეობის ბატარეები განიხილება, როგორც ყველაზე შესაფერისი ელექტრომობილების ბატარეები მომდევნო ათი წლის განმავლობაში.

2020 წლის მარტის დასაწყისში, Samsung Advanced Study Institute (SAIT) და Samsung Research Center of Japan (SRJ) გამოაქვეყნეს ჟურნალში "Nature Energy"-ში "მაღალი ენერგიის ხანგრძლივი ველოსიპედის ყველა მყარი მდგომარეობის ლითიუმის ლითონის ბატარეები, რომლებიც ჩართულია ვერცხლით". -ნახშირბადის კომპოზიტური ანოდები“ წარმოადგინეს თავიანთი უახლესი განვითარება მყარი მდგომარეობის ბატარეების სფეროში.

ეს ბატარეა იყენებს მყარ ელექტროლიტს, რომელიც არ არის აალებადი მაღალ ტემპერატურაზე და ასევე შეუძლია შეაფერხოს ლითიუმის დენდრიტების ზრდა, რათა თავიდან აიცილოს პუნქციის მოკლე ჩართვა. გარდა ამისა, ანოდად იყენებს ვერცხლის ნახშირბადის (Ag-C) კომპოზიტურ ფენას, რომელსაც შეუძლია გაზარდოს ენერგიის სიმკვრივე 900 Wh/L-მდე, აქვს ხანგრძლივი ციკლის სიცოცხლე 1000 ციკლზე მეტი და ძალიან მაღალი კულუმბიური ეფექტურობა (დამუხტვა). და გამონადენის ეფექტურობა) 99.8%. მას შეუძლია ბატარეის მართვა ერთი გადახდის შემდეგ. მანქანამ 800 კილომეტრი გაიარა.

თუმცა, SAIT და SRJ, რომლებმაც გამოაქვეყნეს ნაშრომი, უფრო სამეცნიერო კვლევითი ინსტიტუტები არიან, ვიდრე Samsung SDI, რომელიც ყურადღებას ამახვილებს ტექნოლოგიაზე. სტატია განმარტავს მხოლოდ ახალი ბატარეის პრინციპს, სტრუქტურას და შესრულებას. წინასწარი ვარაუდით, ბატარეა ჯერ კიდევ ლაბორატორიულ სტადიაშია და მოკლე პერიოდში რთული იქნება მასობრივი წარმოება.

განსხვავება მყარი მდგომარეობის ბატარეებსა და ტრადიციულ თხევად ლითიუმ-იონურ ბატარეებს შორის არის ის, რომ მყარი ელექტროლიტები გამოიყენება ელექტროლიტებისა და გამყოფების ნაცვლად. არ არის აუცილებელი ლითიუმ-ინტერკალირებული გრაფიტის ანოდების გამოყენება. ამის ნაცვლად, ლითონის ლითიუმი გამოიყენება ანოდად, რაც ამცირებს ანოდის მასალების რაოდენობას. ბატარეები სხეულის უფრო მაღალი ენერგიის სიმკვრივით (>350 ვტ/სთ/კგ) და ხანგრძლივობით (>5000 ციკლი), ასევე სპეციალური ფუნქციებით (როგორიცაა მოქნილობა) და სხვა მოთხოვნები.

ახალი სისტემის ბატარეები მოიცავს მყარი მდგომარეობის ბატარეებს, ლითიუმის ნაკადის ბატარეებს და ლითონის ჰაერის ბატარეებს. სამ მყარი ბატარეას აქვს თავისი უპირატესობები. პოლიმერული ელექტროლიტები ორგანული ელექტროლიტებია, ხოლო ოქსიდები და სულფიდები არაორგანული კერამიკული ელექტროლიტებია.

თუ გადავხედავთ მყარი მდგომარეობის ბატარეების გლობალურ კომპანიებს, არის დამწყები და ასევე არიან საერთაშორისო მწარმოებლები. კომპანიები მარტონი არიან ელექტროლიტების სისტემაში განსხვავებული რწმენით და არ არსებობს ტექნოლოგიის ნაკადის ან ინტეგრაციის ტენდენცია. ამჟამად, ზოგიერთი ტექნიკური მარშრუტი ინდუსტრიალიზაციის პირობებთან არის მიახლოებული და მიმდინარეობს გზა მყარი ბატარეების ავტომატიზაციისკენ.

ევროპული და ამერიკული კომპანიები უპირატესობას ანიჭებენ პოლიმერულ და ოქსიდის სისტემებს. ფრანგული კომპანია Bolloré ლიდერობდა პოლიმერზე დაფუძნებული მყარი ბატარეების კომერციალიზაციაში. 2011 წლის დეკემბერში, მისი ელექტრო მანქანები, რომლებიც იკვებება 30 კვტ/სთ მყარი პოლიმერული ბატარეებით + ელექტრო ორფენიანი კონდენსატორებით, შევიდა საერთო ავტომობილების ბაზარზე, რაც პირველად იყო მსოფლიოში. კომერციული მყარი მდგომარეობის ბატარეები ელექტრომობილებისთვის.

Sakti3, თხელი ფენის ოქსიდის მყარი ბატარეების მწარმოებელი, შეიძინა ბრიტანულმა საყოფაცხოვრებო ტექნიკის გიგანტმა Dyson-მა 2015 წელს. იგი ექვემდებარება თხელი ფენის მომზადების ღირებულებას და ფართომასშტაბიანი წარმოების სირთულეს და არ ყოფილა მასობრივი. წარმოების პროდუქტი დიდი ხნის განმავლობაში.

მაქსველის გეგმა მყარი მდგომარეობის ბატარეებისთვის არის ჯერ მცირე ბატარეების ბაზარზე შესვლა, მათი მასობრივი წარმოება 2020 წელს და მათი გამოყენება ენერგიის შენახვის სფეროში 2022 წელს. სწრაფი კომერციული გამოყენების მიზნით, მაქსველმა შესაძლოა პირველ რიგში განიხილოს ნახევრად მცდელობა. მყარი ბატარეები მოკლევადიან პერიოდში. მიუხედავად ამისა, ნახევრად მყარი ბატარეები უფრო ძვირია და ძირითადად გამოიყენება მოთხოვნის კონკრეტულ სფეროებში, რაც ართულებს ფართომასშტაბიან აპლიკაციებს.

ოქსიდის არათხელი ფენის პროდუქტებს აქვთ შესანიშნავი საერთო შესრულება და ამჟამად პოპულარულია განვითარებაში. ორივე ტაივანი ჰუინინგი და ჯიანგსუ ცინგდაო ამ ტრასაზე კარგად ცნობილი მოთამაშეები არიან.

იაპონური და კორეული კომპანიები უფრო მეტად არიან მოწოდებულნი სულფიდური სისტემის ინდუსტრიალიზაციის პრობლემების გადაჭრაში. წარმომადგენლობითმა კომპანიებმა, როგორიცაა Toyota და Samsung, დააჩქარეს მათი განთავსება. სულფიდის მყარი მდგომარეობის ბატარეებს (ლითიუმ-გოგირდის ბატარეებს) აქვთ განვითარების კოლოსალური პოტენციალი მათი მაღალი ენერგიის სიმკვრივისა და დაბალი ღირებულების გამო. მათ შორის ყველაზე მოწინავეა Toyota-ს ტექნოლოგია. მან გამოუშვა ამპერის დონის დემო ბატარეები და ელექტროქიმიური შესრულება. ამავდროულად, ისინი ასევე იყენებდნენ LGPS უფრო მაღალი ოთახის ტემპერატურის გამტარობით, როგორც ელექტროლიტი უფრო დიდი ბატარეის პაკეტის მოსამზადებლად.

იაპონიამ დაიწყო კვლევისა და განვითარების ეროვნული პროგრამა. ყველაზე პერსპექტიული ალიანსი არის Toyota და Panasonic (Toyota-ს ჰყავს თითქმის 300 ინჟინერი, რომლებიც მონაწილეობენ მყარი მდგომარეობის ბატარეების შემუშავებაში). მან განაცხადა, რომ ხუთ წელიწადში მყარი მდგომარეობის ბატარეების კომერციალიზაციას მოახდენს.

Toyota-სა და NEDO-ს მიერ შემუშავებული მთლიანად მყარი მდგომარეობის ბატარეების კომერციალიზაციის გეგმა იწყება მყარი მდგომარეობის ბატარეების (პირველი თაობის ბატარეების) შემუშავებით, არსებული LIB ოპტიმალური და მავნე მასალების გამოყენებით. ამის შემდეგ ის გამოიყენებს ახალ დადებით და უარყოფით მასალებს ენერგიის სიმკვრივის გასაზრდელად (შემდეგი თაობის ბატარეები). მოსალოდნელია, რომ ტოიოტა 2022 წელს აწარმოებს მყარი მდგომარეობის ელექტრო მანქანების პროტოტიპებს, ხოლო 2025 წელს ზოგიერთ მოდელში გამოიყენებს მყარი მდგომარეობის ბატარეებს. 2030 წელს ენერგიის სიმჭიდროვე შეიძლება მიაღწიოს 500 ვტ/სთ/კგ-ს, რათა მიაღწიოს მასობრივ წარმოებას.

პატენტების თვალსაზრისით, მყარი მდგომარეობის ლითიუმის ბატარეების პატენტის აპლიკანტებს შორის იაპონურმა კომპანიებმა შეადგინეს 20. ყველაზე მეტი განაცხადი Toyota-მ მიაღწია 11-ს, რაც 1,709-ჯერ აღემატება მეორე Panasonic-ს. ტოპ 2.2 კომპანია ყველა იაპონური და სამხრეთ კორეულია, მათ შორის 10 იაპონიაში და 8 სამხრეთ კორეაში.

პატენტის გლობალური პატენტის განლაგების თვალსაზრისით, იაპონია, შეერთებული შტატები, ჩინეთი, სამხრეთ კორეა და ევროპა არის ძირითადი ქვეყნები ან რეგიონები. ადგილობრივი განაცხადების გარდა, Toyota-ს აქვს განაცხადების ყველაზე მნიშვნელოვანი რაოდენობა შეერთებულ შტატებსა და ჩინეთში, რაც შეადგენს 14.7% და 12.9% მთლიანი პატენტის განაცხადების შესაბამისად.

მყარი მდგომარეობის ბატარეების ინდუსტრიალიზაცია ჩემს ქვეყანაში ასევე მუდმივი შესწავლის პროცესშია. ჩინეთის ტექნიკური მარშრუტის გეგმის მიხედვით, 2020 წელს, იგი თანდათან ახორციელებს მყარი ელექტროლიტის, მაღალი სპეციფიკური ენერგიის კათოდური მასალის სინთეზს და სამგანზომილებიანი ჩარჩო სტრუქტურის ლითიუმის შენადნობის მშენებლობის ტექნოლოგიას. იგი აღიარებს 300 Wh/kg მცირე სიმძლავრის ერთი ბატარეის ნიმუშის წარმოებას. 2025 წელს მყარი მდგომარეობის ბატარეის ინტერფეისის კონტროლის ტექნოლოგია გამოიმუშავებს 400 Wh/kg დიდი სიმძლავრის ერთჯერადი ბატარეის ნიმუშსა და ჯგუფურ ტექნოლოგიას. მოსალოდნელია, რომ მყარი მდგომარეობის ბატარეები და ლითიუმ-გოგირდოვანი ბატარეები შეიძლება მასობრივი წარმოება და პოპულარიზაცია 2030 წელს.

CATL-ის IPO ფონდების მოზიდვის პროექტში შემდეგი თაობის ბატარეები მოიცავს მყარი მდგომარეობის ბატარეებს. NE Times-ის ცნობით, CATL-ს მოელის, რომ მინიმუმ 2025 წლისთვის მიაღწევს მყარი მდგომარეობის ბატარეების მასობრივ წარმოებას.

მთლიანობაში, პოლიმერული სისტემის ტექნოლოგია ყველაზე მომწიფებულია და პირველი EV დონის პროდუქტი დაიბადა. მისმა კონცეპტუალურმა და პერსპექტიულმა ბუნებამ განაპირობა დაგვიანებით შემოსული ადამიანების მიერ კვლევებისა და განვითარების ინვესტიციების დაჩქარება, მაგრამ შესრულების ზედა ზღვარი ზღუდავს ზრდას და არაორგანულ მყარ ელექტროლიტებთან შეერთება შესაძლო გამოსავალი იქნება მომავალში; დაჟანგვა; მატერიალურ სისტემაში თხელი ფირის ტიპების განვითარება ორიენტირებულია სიმძლავრის გაფართოებაზე და ფართომასშტაბიან წარმოებაზე, ხოლო არაფილმის ტიპების საერთო შესრულება უკეთესია, რაც აქტუალურია მიმდინარე კვლევებისა და განვითარების მიმართ; სულფიდური სისტემა არის ყველაზე პერსპექტიული მყარი მდგომარეობის ბატარეის სისტემა ელექტრო მანქანების სფეროში, მაგრამ პოლარიზებულ სიტუაციაში ზრდის ფართო სივრცეში და გაუაზრებელი ტექნოლოგიით, უსაფრთხოების და ინტერფეისის საკითხების გადაჭრა მომავლის ყურადღების ცენტრშია.

მყარი მდგომარეობის ბატარეების წინაშე მდგარი გამოწვევები ძირითადად მოიცავს:

• ხარჯების შემცირება.
• მყარი ელექტროლიტების უსაფრთხოების გაუმჯობესება.
• ელექტროდებსა და ელექტროლიტებს შორის კონტაქტის შენარჩუნება დამუხტვისა და განმუხტვის დროს.

ლითიუმ-გოგირდის ბატარეები, ლითიუმ-ჰაერი და სხვა სისტემები საჭიროებენ ბატარეის მთლიანი სტრუქტურის ჩარჩოს შეცვლას და უფრო და უფრო მნიშვნელოვანი პრობლემებია. მყარი მდგომარეობის ბატარეების დადებით და უარყოფით ელექტროდებს შეუძლიათ გააგრძელონ არსებული სისტემის გამოყენება და რეალიზაციის სირთულე შედარებით მცირეა. როგორც შემდეგი თაობის ბატარეის ტექნოლოგია, მყარი მდგომარეობის ბატარეებს აქვთ უფრო მაღალი უსაფრთხოება და ენერგიის სიმკვრივე და გახდება ერთადერთი გზა ლითიუმის შემდგომ ეპოქაში.