Aký je súčasný vývoj polovodičových batérií?

Polovodičovými batériami sa rozumejú batérie vyrobené pomocou polovodičových elektród a polovodičových elektrolytov. Na rozdiel od existujúcich batérií v kvapalnom skupenstve sú jedným z hlavných smerov vývoja nových batérií pre vozidlá do budúcnosti. Nedávno, keď skupina Volkswagen oznámila svoju finančnú správu za druhý štvrťrok, generálny riaditeľ skupiny Volkswagen Herbert Diss uviedol, že spoločnosť Volkswagen plánuje nezávisle vyrábať batérie v pevnom stave a hromadná výroba sa môže začať v roku 2024 alebo 2025. Podľa národného&„Energetika úspora a nová energetická automobilová technológia Roadmap" ;, do roku 2025 bude cieľ hustoty energie lítiových batérií pre čisto elektrické vozidlá 400 Wh / kg a cieľ do roku 2030 bude 500 Wh / kg. Pokiaľ ide o v súčasnosti široko používanú ternárnu batériu, z technického hľadiska úzkeho miesta v tejto fáze je ťažké dosiahnuť vyššie uvedené ciele.

Ak má energetická hustota výkonových lítiových batérií dosiahnuť cieľovú hustotu energie vyššiu ako 500 Wh / kg podľa plánu, existujúci systém batérií na kvapalný elektrolyt môže byť bezmocný. Ako nová generácia technológie batérií pre 500 Wh / kg sa stal výskum a vývoj polovodičového batériového systému prísnym dopytom. Strednodobý a dlhodobý rozvoj nového energetického automobilového priemyslu si vyžaduje nové technické rezervy a očakáva sa, že lítium-iónové batérie v pevnom stave sa stanú dominantnou technologickou cestou pre budúcu generáciu lítiových batérií pre automobily. Nie je to len dôležitý smer vývoja sekundárnych batérií v budúcnosti, ale aj dôležitá úloha v súčasnosti.

Aké sú výhody polovodičových batérií v porovnaní s ternárnymi batériami? Po prvé, pokiaľ ide o hustotu energie, je elektrochemické okno organických elektrolytov, ktoré sa v súčasnosti používajú v ternárnych a iných lítium-iónových batériách, obmedzené a je ťažké byť kompatibilný s kovovými lítiovými anódami a novo vyvinutými vysokopotenciálnymi katódovými materiálmi. Tuhé elektrolyty však majú všeobecne širšiu elektrickú kapacitu ako organické elektrolyty. Chemické okienko pomáha ďalej zvyšovať hustotu energie batérie. Po druhé, pokiaľ ide o objem, pretože elektrolyt je nahradený pevným elektrolytom, bude objem pevnej batérie menší pri rovnakej hustote energie. Pri rovnakom množstve energie sa polovodičové batérie zmenšia. Za predpokladu, že hustota energie zostane rovnaká, bude hmotnosť a objem polovodičovej batérie s rovnakým nábojom menší ako objem a kapacita batérie s tekutým elektrolytom. Nielen to, pretože v polovodičovej batérii nie je žiadny elektrolyt, je ľahšie ju utesniť. Pri použití vo veľkých zariadeniach, ako sú automobily, nie je potrebné pridávať ďalšie chladiace trubice, elektronické ovládače atď., Čo šetrí náklady pri znižovaní vlastnej hmotnosti. Po použití tuhého elektrolytu možno grafitovú zápornú elektródu nahradiť kovovým lítiom, čo výrazne znižuje hmotnosť celej batérie.

Z hľadiska usporiadania polovodičových batérií v rôznych krajinách je Toyota technologicky vyspelejšia. Na trh uviedla sulfidové polovodičové batérie v roku 2010. V roku 2014 energetická hustota experimentálneho prototypu batérie&# 39 dosiahla 400 Wh / kg. K februáru 2017 dosiahli patenty týkajúce sa polovodičovej batérie Toyota&# 39 30, čo je oveľa viac ako v iných spoločnostiach. Podľa vedúcich pracovníkov spoločnosti Toyota bude Toyota industrializáciu sulfidových polovodičových batérií realizovať v roku 2020. Okrem toho spoločnosť Samsung dosiahla aj určité výsledky, keď na vyskúšanie vyrobila celokovové sekundárne laminované 2 000 mAh, 175 Wh / kg laminované tuhé elektrolyty na báze sulfidu. batéria.

Domáca spoločnosť CATL je tiež pomerne vyspelá v sulfidových polovodičových batériách a v súčasnosti urýchľuje vývoj sulfidových celokovových lítiovo-kovových batérií pre elektromobily. Okrem toho stojí za zmienku, že spoločnosť Ganfeng Lithium nedávno dokončila pilotný projekt prvej generácie výskumu a vývoja batérií polovodičových batérií a jej vzorky prešli kontrolou Čínskeho inštitútu pre výskum automobilov (Automobile Research Institute) Automobilové inšpekčné centrum a projekt nemá úspešný precedens v Číne, ktorá je medzinárodným lídrom. Očakáva sa, že technologický prielom dosiahne hromadnú výrobu v roku 2019.

V porovnaní s ternárnymi batériami majú polovodičové batérie toľko výhod, prečo neboli schopné dosiahnuť hromadnú výrobu? Kľúčom k polovodičovým batériám sú polovodičové elektrolytické materiály. Najdôležitejším dôvodom ťažkostí s vývojom polovodičových batérií v tejto fáze je zlyhanie elektrolytových materiálov pri dosahovaní prielomov. Žiadny z existujúcich anorganických tuhých elektrolytov a polymérnych elektrolytov nemá vysokú iónovú vodivosť a mechanickú pevnosť, ale tiež nemá dobré vlastnosti pri spracovaní.

Technické problémy výkonových lítiových batérií vždy predstavovali prekážku obmedzujúcu vývoj nových energetických vozidiel a prekážkou, ktorú je ťažké prekonať, je tiež v technológii. V dnešnej tvrdej konkurencii spoločnosti&# 39 v priemysle výkonných lítiových batérií sú spoločnosti, ktoré sa naozaj smejú, často tými, ktorí ovládajú základné technológie. Polovodičové batérie sú v budúcnosti dôležitým smerom vývoja technológií a v tomto priemysle už ide o konsenzus. Či môžu čínske spoločnosti vyhrať budúci" tvrdý boj" stále potrebuje spoločné úsilie kolegov v odbore.