Хатуу төлөвт батерей: дараагийн үеийн батерейны зам

Хатуу төлөвт батерей: дараагийн үеийн батерейны зам

Тавдугаар сарын 14-ний өдөр "The Korea Times" болон бусад хэвлэл мэдээллийн хэрэгслүүдийн мэдээлснээр Самсунг компани Hyundai-тай цахилгаан машин хөгжүүлэх, Hyundai цахилгаан автомашины цахилгаан батерей болон бусад холбогдсон машины эд ангиудыг хангах чиглэлээр хамтран ажиллахаар төлөвлөж байна. Удахгүй Samsung болон Hyundai батерейны нийлүүлэлтийн талаар заавал биелүүлэх үүрэг хүлээгээгүй санамж бичигт гарын үсэг зурна гэж хэвлэлүүд таамаглаж байна. Samsung хамгийн сүүлийн үеийн хатуу төлөвт батерейгаа Hyundai-д танилцуулсан гэж мэдээлж байна.

Самсунг компанийн үзэж байгаагаар, түүний загвар батерейг бүрэн цэнэглэх үед цахилгаан машин нэг удаад 800 гаруй км замыг туулах боломжтой бөгөөд батерейны ашиглалтын хугацаа 1,000 дахин их байдаг. Түүний эзэлхүүн нь ижил хүчин чадалтай лити-ион батерейгаас 50% бага юм. Энэ шалтгааны улмаас хатуу төлөвт батерейг ойрын арван жилд цахилгаан тээврийн хэрэгслийн хамгийн тохиромжтой цахилгаан батерей гэж үзэж байна.

2020 оны XNUMX-р сарын эхээр Самсунг Нарийвчилсан Судалгааны Институт (SAIT) болон Японы Самсунг Судалгааны Төв (SRJ) хамтран "Nature Energy" сэтгүүлд "Өндөр эрчим хүчний урт эргэлддэг бүх хатуу төлөвт литий металл батерейг мөнгөөр ​​идэвхжүүлсэн"-ийг нийтлэв. -Нүүрстөрөгчийн нийлмэл анодууд" хатуу төлөвт батерейны салбарт хамгийн сүүлийн үеийн бүтээн байгуулалтаа танилцууллаа.

Энэхүү батерей нь өндөр температурт шатамхай биш хатуу электролит ашигладаг бөгөөд цооролт богино холболтоос зайлсхийхийн тулд литийн дендритүүдийн өсөлтийг саатуулдаг. Нэмж дурдахад анод болгон мөнгө-нүүрстөрөгчийн (Ag-C) нийлмэл давхаргыг ашигладаг бөгөөд энэ нь энергийн нягтыг 900 Вт/л хүртэл нэмэгдүүлэх боломжтой, 1000 гаруй циклийн урт хугацааны мөчлөгтэй, маш өндөр коломын үр ашигтай (цэнэг) ба гадагшлуулах үр ашиг) 99.8% байна. Энэ нь нэг удаагийн төлбөрийн дараа батерейг жолоодох боломжтой. Машин 800 км замыг туулсан.

Гэсэн хэдий ч уг нийтлэлийг нийтэлсэн SAIT болон SRJ нь технологид анхаарлаа хандуулдаг Samsung SDI гэхээсээ илүү шинжлэх ухааны судалгааны байгууллагууд юм. Нийтлэлд зөвхөн шинэ батерейны зарчим, бүтэц, гүйцэтгэлийн талаар тодруулсан болно. Батерейг лабораторийн шатандаа байгаа бөгөөд богино хугацаанд олноор нь үйлдвэрлэхэд хэцүү гэж урьдчилсан байдлаар дүгнэж байна.

Хатуу төлөвт батерей болон уламжлалт шингэн лити-ион батерейны ялгаа нь электролит ба тусгаарлагчийн оронд хатуу электролитийг ашигладаг. Лити хоорондын графит анодыг ашиглах шаардлагагүй. Үүний оронд металл литийг анод болгон ашигладаг бөгөөд энэ нь анодын материалын тоог бууруулдаг. Биеийн эрчим хүчний нягтрал (>350Вт.ц/кг) ба урт наслалт (>5000 цикл), тусгай функц (уян хатан байдал гэх мэт) болон бусад шаардлага бүхий цахилгаан батерейнууд.

Шинэ системийн батерейнууд нь хатуу төлөвт батерей, лити урсгалын батерей, металл агаарын батерейг агуулдаг. Гурван хатуу төлөвт батерей нь давуу талтай. Полимер электролит нь органик электролит, исэл ба сульфид нь органик бус керамик электролит юм.

Дэлхийн хатуу төлөвт батерейны компаниудыг харахад стартапууд байдаг ба олон улсын үйлдвэрлэгчид ч бий. Компаниуд өөр өөр итгэл үнэмшилтэй электролитийн системд ганцаараа байдаг бөгөөд технологийн урсгал, интеграцчлалын хандлага байхгүй байна. Одоогийн байдлаар зарим техникийн чиглэлүүд үйлдвэржилтийн нөхцөлд ойртож, хатуу биетийн батарейг автоматжуулах зам хийгдэж байна.

Европ, Америкийн компаниуд полимер болон ислийн системийг илүүд үздэг. Францын Боллоре компани нь полимерт суурилсан хатуу төлөвт батерейг худалдаанд гаргахад тэргүүлсэн. 2011 оны 30-р сард түүний XNUMX кВт.ц хатуу төлөвт полимер батерей + цахилгаан давхар давхар конденсатороор ажилладаг цахилгаан машинууд нь дэлхийд анх удаа автомашины дундын зах зээлд нэвтэрсэн. EV-д зориулсан арилжааны хатуу төлөвт батерей.

Нимгэн хальсан ислийн хатуу төлөвт батерей үйлдвэрлэгч Sakti3-ийг 2015 онд Британийн гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийн аварга Dyson компани худалдаж авсан. Энэ нь нимгэн хальс бэлтгэх зардал, томоохон хэмжээний үйлдвэрлэлд хүндрэлтэй байдаг тул ямар ч масс үйлдвэрлээгүй байна. урт хугацааны үйлдвэрлэлийн бүтээгдэхүүн.

Максвеллийн хатуу төлөвт батерейны тухай төлөвлөгөө нь эхлээд жижиг зайны зах зээлд нэвтэрч, 2020 онд бөөнөөр үйлдвэрлэж, 2022 онд эрчим хүч хадгалах салбарт ашиглах явдал юм. Максвелл хамгийн түрүүнд арилжааны зориулалтаар ашиглахын тулд хагас батерейг туршиж үзэх талаар бодож магадгүй юм. богино хугацаанд хатуу батерей . Гэсэн хэдий ч хагас хатуу батерей нь илүү үнэтэй бөгөөд голчлон эрэлт хэрэгцээний салбарт ашиглагддаг тул том хэмжээний хэрэглээнд хүндрэл учруулдаг.

Нимгэн хальсгүй ислийн бүтээгдэхүүн нь маш сайн гүйцэтгэлтэй бөгөөд одоогоор хөгжүүлэлтээрээ алдартай. Тайвань Хуэнэнг, Зянсу Чиндао нар хоёулаа энэ зам дээр алдартай тоглогчид юм.

Япон, Солонгосын компаниуд сульфидын системийн аж үйлдвэржилтийн асуудлыг шийдвэрлэхэд илүү тууштай ажиллаж байна. Тоёота, Самсунг зэрэг төлөөлөгч компаниуд байршуулах ажлаа түргэсгэжээ. Сульфидын хатуу төлөвт батерей (литийн хүхрийн батерей) нь эрчим хүчний өндөр нягтрал, хямд өртөгтэй тул асар их хөгжих боломжтой. Тэдгээрийн дотроос Тоёотагийн технологи хамгийн дэвшилттэй. Энэ нь ампер түвшний Демо батерей болон цахилгаан химийн гүйцэтгэлийг гаргасан. Үүний зэрэгцээ тэд илүү том батерейг бэлтгэхийн тулд өрөөний температур илүү өндөр дамжуулалттай LGPS-ийг электролит болгон ашигласан.

Япон улс орон даяар судалгаа, хөгжлийн хөтөлбөр хэрэгжүүлж эхэлсэн. Хамгийн ирээдүйтэй холбоо бол Тоёота, Панасоник нар юм (Тоёота нь хатуу төлөвт батерейг боловсруулахад 300 орчим инженер оролцдог). Таван жилийн дотор хатуу төлөвт батерейг худалдаанд гаргана гэж мэдэгдсэн.

Тоёота болон NEDO-ийн боловсруулсан бүх хатуу төлөвт батерейг арилжаалах төлөвлөгөө нь одоо байгаа LIB өөдрөг, хортой материалыг ашиглан бүх хатуу төлөвт батерейг (эхний үеийн батерей) боловсруулахаас эхэлдэг. Үүний дараа эрчим хүчний нягтралыг нэмэгдүүлэхийн тулд шинэ эерэг ба сөрөг материалыг ашиглах болно (дараагийн үеийн батерей). Тоёота 2022 онд хатуу төлөвт цахилгаан тээврийн хэрэгслийн прототипийг үйлдвэрлэх төлөвтэй байгаа бөгөөд 2025 онд зарим загварт хатуу төлөвт батерейг ашиглах болно. 2030 онд эрчим хүчний нягтрал 500 Вт/кг хүрч, бөөнөөр үйлдвэрлэх боломжтой болно.

Патентийн үүднээс авч үзвэл, хатуу төлөвт литийн батерейны патент хүсэгчдийн 20-д Японы компаниуд 11-ийг эзэлж байна. Тоёота хамгийн их өргөдөл гаргаж, 1,709-д хүрч, хоёр дахь Panasonic-ээс 2.2 дахин их байна. Шилдэг 10 компани нь бүгд Япон, Өмнөд Солонгосын компаниуд бөгөөд 8 нь Япон, 2 нь Өмнөд Солонгос юм.

Патент эзэмшигчдийн дэлхийн патентын схемийн үүднээс авч үзвэл Япон, АНУ, Хятад, Өмнөд Солонгос, Европ нь гол улс эсвэл бүс нутаг юм. Орон нутгийн өргөдлүүдээс гадна Тоёота нь АНУ, Хятадад хамгийн их өргөдөл гаргасан бөгөөд нийт патентын өргөдлийн 14.7% болон 12.9% -ийг эзэлж байна.

Манай улсад хатуу төлөвт батерейг үйлдвэржүүлэх асуудал ч байнгын хайгуулын шатандаа явж байна. Хятадын техникийн маршрутын төлөвлөгөөний дагуу 2020 онд хатуу электролит, өндөр өвөрмөц эрчим хүчний катодын материалын нийлэгжилт, гурван хэмжээст хүрээ бүтэцтэй лити хайлш барилгын технологийг аажмаар хэрэгжүүлэх болно. Энэ нь 300Wh/kg жижиг хүчин чадалтай нэг зайны дээжийн үйлдвэрлэлийг таних болно. 2025 онд хатуу төлөвт батерейны интерфейсийн удирдлагын технологи нь 400Wh/kg том хүчин чадалтай нэг батерейны дээж болон бүлгийн технологийг хэрэгжүүлэх болно. Хатуу төлөвт батерей болон лити-хүхрийн батерейг 2030 онд олноор үйлдвэрлэж, сурталчлах боломжтой гэж үзэж байна.

CATL-ийн IPO хөрөнгө босгох төслийн дараагийн үеийн батерейнууд нь хатуу төлөвт батерейг агуулдаг. NE Times сонины мэдээлснээр, CATL хатуу төлөвт батерейг дор хаяж 2025 он гэхэд бөөнөөр нь үйлдвэрлэнэ гэж найдаж байна.

Ерөнхийдөө полимер системийн технологи нь хамгийн боловсорч гүйцсэн бөгөөд анхны EV түвшний бүтээгдэхүүн гарч ирэв. Түүний үзэл баримтлал, ирээдүйг харсан шинж чанар нь хожуу ирсэн хүмүүсийн судалгаа, хөгжүүлэлтийн хөрөнгө оруулалтыг хурдасгахад хүргэсэн боловч гүйцэтгэлийн дээд хязгаар нь өсөлтийг хязгаарлаж байгаа бөгөөд органик бус хатуу электролитуудтай нэгдлүүд нь ирээдүйд боломжтой шийдэл байх болно; исэлдэлт; Материалын системд нимгэн хальсны төрлийг хөгжүүлэх нь хүчин чадлыг нэмэгдүүлэх, их хэмжээний үйлдвэрлэлд чиглэгдэж, кино бус төрлүүдийн ерөнхий гүйцэтгэл илүү сайн байгаа нь өнөөгийн судалгаа, боловсруулалтын анхаарлын төвд байна; сульфид систем нь цахилгаан тээврийн хэрэгслийн салбарт хамгийн ирээдүйтэй хатуу төлөвт батерейны систем боловч өсөлтийн асар том өрөө, боловсорч гүйцээгүй технологи бүхий туйлширсан нөхцөлд аюулгүй байдлын асуудал, интерфейсийн асуудлыг шийдвэрлэх нь ирээдүйн анхаарлын төвд байна.

Хатуу төлөвт батерейнд тулгардаг бэрхшээлүүд нь дараахь зүйлийг агуулдаг.

• Зардлыг бууруулах.
• Хатуу электролитийн аюулгүй байдлыг сайжруулах.
• Цэнэглэх, цэнэглэх үед электрод ба электролитийн хоорондох холбоог хадгалах.

Лити-хүхрийн батерей, лити-агаар болон бусад системүүд нь батерейны бүтцийн хүрээг бүхэлд нь солих шаардлагатай бөгөөд улам бүр чухал асуудлууд гарч байна. Хатуу төлөвт батерейны эерэг ба сөрөг электродууд нь одоогийн системийг үргэлжлүүлэн ашиглах боломжтой бөгөөд хэрэгжүүлэхэд хэцүү байдаг. Дараагийн үеийн батерейны технологийн хувьд хатуу төлөвт батерей нь илүү өндөр аюулгүй байдал, эрчим хүчний нягтралтай бөгөөд литийн дараах үеийн цорын ганц арга зам болох болно.