Jak wygląda obecny rozwój baterii półprzewodnikowych?

Akumulatory półprzewodnikowe to akumulatory produkowane przy użyciu elektrod półprzewodnikowych i elektrolitów półprzewodnikowych. W odróżnieniu od istniejących akumulatorów ciekłych, stanowią one jeden z głównych kierunków rozwoju nowych akumulatorów do pojazdów energetycznych w przyszłości. Niedawno, kiedy Grupa Volkswagen ogłosiła swoje sprawozdanie finansowe za drugi kwartał, prezes Grupy Volkswagen Herbert Diss powiedział, że Volkswagen planuje samodzielnie produkować akumulatory półprzewodnikowe, a masowa produkcja może rozpocząć się w 2024 lub 2025 r. Według krajowego notowania GG; oszczędność i mapa drogowa technologii nowych pojazdów energetycznych" do 2025 r. docelowa gęstość energii akumulatorów litowych dla pojazdów wyłącznie elektrycznych wynosi 400 Wh / kg, a docelowa gęstość energii w 2030 r. to 500 Wh / kg. Jeśli chodzi o powszechnie stosowaną baterię trójskładnikową, istniejące na tym etapie techniczne wąskie gardło utrudnia osiągnięcie powyższych celów.

Jeżeli gęstość energii akumulatorów litowych mocy ma na celu osiągnięcie celu gęstości energii większej niż 500 Wh / kg zgodnie z planem, istniejący system akumulatorów z elektrolitem ciekłym może być bezsilny. Jako droga technologii akumulatorów nowej generacji dla 500 Wh / kg, badania i rozwój systemu akumulatorów półprzewodnikowych stały się sztywnym zapotrzebowaniem. Średnio- i długoterminowy rozwój przemysłu motoryzacyjnego z nową energią wymaga nowych rezerw technicznych, a litowo-jonowe akumulatory półprzewodnikowe mają stać się dominującą drogą technologiczną dla następnej generacji akumulatorów litowych zasilających motoryzację. To nie tylko ważny kierunek rozwoju baterii wtórnych w przyszłości, ale także ważne zadanie obecnie.

Jakie są zalety akumulatorów półprzewodnikowych w porównaniu z akumulatorami trójskładnikowymi? Przede wszystkim pod względem gęstości energii okno elektrochemiczne elektrolitów organicznych stosowanych obecnie w trójskładnikowych i innych bateriach litowo-jonowych jest ograniczone i trudno jest być kompatybilnym z anodami metalowo-litowymi i nowo opracowanymi materiałami katodowymi o wysokim potencjale. Jednak elektrolity stałe mają na ogół większą pojemność elektryczną niż elektrolity organiczne. Okienko chemiczne pomaga dodatkowo zwiększyć gęstość energii baterii. Po drugie, pod względem objętości, ponieważ elektrolit jest zastępowany stałym elektrolitem, objętość stałego akumulatora będzie mniejsza przy tej samej gęstości energii. Przy tej samej mocy baterie półprzewodnikowe staną się mniejsze. W przypadku, gdy gęstość energii pozostaje taka sama, masa i objętość akumulatora półprzewodnikowego o tym samym ładunku będą mniejsze niż akumulatora z ciekłym elektrolitem. Mało tego, ponieważ w akumulatorze półprzewodnikowym nie ma elektrolitu, łatwiej go uszczelnić. Używając go w sprzęcie na dużą skalę, takim jak samochody, nie jest konieczne dodawanie dodatkowych rur chłodzących, elektronicznych elementów sterujących itp., Co pozwala zaoszczędzić koszty przy jednoczesnym zmniejszeniu masy własnej. Po zastosowaniu stałego elektrolitu grafitową elektrodę ujemną można zastąpić metalicznym litem, co znacznie obniża wagę całej baterii.

Z punktu widzenia rozmieszczenia akumulatorów półprzewodnikowych w różnych krajach Toyota jest bardziej zaawansowana technologicznie. W 2010 r. Wprowadziła na rynek akumulatory półprzewodnikowe siarczkowe. W 2014 r. Gęstość energetyczna eksperymentalnego prototypu akumulatora&# 39 osiągnęła 400 Wh / kg. Od lutego 2017 r. Liczba patentów Toyoty&# 39 na półprzewodnikowe akumulatory sięgnęła 30, znacznie więcej niż w przypadku innych firm. Według dyrektorów Toyoty, Toyota zrealizuje uprzemysłowienie siarczkowych akumulatorów półprzewodnikowych w 2020 r. Ponadto Samsung osiągnął również pewne wyniki, wykorzystując stałe elektrolity na bazie siarczków do próbnej produkcji laminowanych litych baterii wtórnych o pojemności 2000 mAh, 175 Wh / kg. bateria.

Krajowa firma CATL jest również stosunkowo dojrzała w dziedzinie siarczkowych akumulatorów półprzewodnikowych i obecnie przyspiesza rozwój siarczkowych całkowicie półprzewodnikowych akumulatorów litowo-metalicznych do pojazdów elektrycznych. Ponadto warto zauważyć, że firma Ganfeng Lithium niedawno zakończyła projekt pilotażowej linii badawczo-rozwojowej akumulatorów półprzewodnikowych pierwszej generacji, a jej próbki przeszły inspekcję China Automobile Research Institute Automobile Inspection Center, a projekt nie ma Udana praktyka precedensowa w Chinach, które są międzynarodowym liderem Przewiduje się, że przełom technologiczny przyniesie masową produkcję w 2019 roku.

W porównaniu z bateriami trójskładnikowymi, baterie półprzewodnikowe mają tak wiele zalet, dlaczego nie były w stanie osiągnąć masowej produkcji? Kluczem do akumulatorów półprzewodnikowych są materiały elektrolitów półprzewodnikowych. Najważniejszym powodem trudności w opracowaniu baterii półprzewodnikowych na tym etapie jest niepowodzenie materiałów elektrolitowych w osiągnięciu przełomów. Żaden z istniejących nieorganicznych elektrolitów stałych i elektrolitów polimerowych nie ma wysokiego przewodnictwa jonowego i wytrzymałości mechanicznej, ale ma również dobre właściwości przetwórcze.

Problemy techniczne związane z zasilanymi bateriami litowymi zawsze były wąskim gardłem ograniczającym rozwój nowych pojazdów energetycznych, a wąskim gardłem, przez które trudno jest pokonać baterie półprzewodnikowe, jest również technologia. W dzisiejszej zaciekłej konkurencji&# 39 w branży akumulatorów litowo-jonowych, firmy, które naprawdę śmieją się ostatni to często te, które opanowują podstawowe technologie. Baterie półprzewodnikowe są ważnym kierunkiem rozwoju technologii w przyszłości i jest to już konsensus branży. Czy chińskie firmy mogą wygrać następny GG? nadal potrzebuje wspólnych wysiłków kolegów z branży.