La próxima generación de baterías de iones de litio: ¿baterías sólidas?

En los últimos días de 2017, el famoso fabricante japonés de bujías NGK anunció que desarrollará vigorosamente la tecnología de baterías de estado sólido para prepararse para la era del "motor sin combustión interna" en el futuro.

Takio, gerente general senior de ingeniería e I + D de NGK, dijo: "Nos damos cuenta de que la industria cambiará inevitablemente de motores de combustión interna a vehículos a batería hasta cierto punto, lo que eventualmente llevará a la obsolescencia de nuestro negocio de bujías y sensores de oxígeno. La razón por la que NGK participa en las baterías de estado sólido es que su tecnología cerámica avanzada proporcionará una ventaja para el desarrollo de baterías de estado sólido.

De hecho, en la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido, durante mucho tiempo ha habido una serie de empresas en primer lugar. Varios fabricantes de automóviles establecidos, incluidos Honda, Hyundai y Toyota, están desarrollando tecnología de baterías de estado sólido. Y el nuevo Fisk y Dyson, el nuevo fabricante de aspiradoras, planea usar baterías de estado sólido para marcar el comienzo de la era de los autos eléctricos.

Quizás muchos amigos aún no están familiarizados con el concepto de baterías de estado sólido, pero algunas personas en la industria piensan que será la próxima ronda de puntos calientes de baterías de energía después de la batería de litio de tres elementos. Es necesario comprender las características de este nuevo campo que aún se encuentra en la acumulación de tecnología.

Las baterías de estado sólido son baterías que utilizan electrodos sólidos y electrolitos sólidos. Debido a que el peso energético de las baterías de estado sólido es relativamente alto, se considera que es una batería ideal para automóviles eléctricos. La batería de litio líquido tradicional se denomina vívidamente "batería de mecedora". Los dos extremos de la mecedora son los polos positivo y negativo de la batería y el electrolito (líquido) en el medio. Los iones de litio, como excelentes atletas, corren de un lado a otro en ambos extremos de la mecedora. Durante el movimiento de los iones de litio de positivo a negativo a positivo, se completa el proceso de carga y descarga de la batería. El principio de las baterías de estado sólido es el mismo, excepto que sus electrolitos son sólidos y la estructura de alta densidad permite que se acumulen más iones cargados en un extremo para conducir más corriente, lo que a su vez aumenta la capacidad de la batería. Entonces, con la misma cantidad de electricidad, el volumen de la celda sólida se reducirá. No solo eso, debido a la ausencia de electrolitos en las baterías de estado sólido, el almacenamiento será más fácil. Cuando se usa en equipos grandes como automóviles, no es necesario agregar tubos de enfriamiento adicionales, controles electrónicos, etc., lo que no solo ahorra costos sino que también reduce el peso de manera efectiva.

Dado que la dirección de desarrollo básica de las baterías de iones de litio es lograr una mayor densidad de energía, Japón y China planean aumentar la densidad de energía del núcleo de la batería de potencia a 500 W / kg para 2030. Teniendo en cuenta la densidad de energía, el límite del electrolito líquido La batería no puede ser superior a 500Wh / kg, mientras que la densidad de energía actual de la batería de litio completamente sólida puede alcanzar aproximadamente 400Wh / kg, y el valor potencial máximo estimado es 900Wh / Kg.

Además, en términos de seguridad, la ventaja de las baterías de litio totalmente sólidas es muy obvia. Los electrolitos sólidos son fluidos no inflamables, no corrosivos, no volátiles y sin fugas. Al mismo tiempo, también superan el fenómeno de las dendritas de litio, y la probabilidad de autoignición de los automóviles equipados con baterías de litio totalmente sólidas se reducirá en gran medida.

Las empresas japonesas siguen a la vanguardia.

Aunque Toyota obviamente se está quedando atrás en la tecnología enchufable, la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido y celdas de combustible de hidrógeno han sido muy estrictos. Planean reemplazar las baterías de litio por baterías sólidas para 2020, con una densidad de energía de tres a cuatro veces mayor que la de las baterías de litio. Toyota comercializará baterías totalmente sólidas para 2020 y utilizará baterías de litio-aire en los próximos años, dijo Shigekizuki, ingeniero de materiales senior de Toyota.

El 24 de noviembre de 2016, Mitsui Metal lanzó el electrolito sólido de sulfuro para la próxima generación de baterías secundarias de iones de litio. Mitsui Metal cooperará con los fabricantes de baterías y de automóviles para lograr la producción en masa en 2020.

Hitachi también está muy avanzado en el desarrollo de baterías de estado sólido. Takashi Tanisho, presidente de Hitachi, dijo que se han enviado muestras de baterías de estado sólido a clientes potenciales en las industrias aeroespacial y automotriz. Además, Hitachi está trabajando con un fabricante de baterías japonés no revelado para refinar algunos detalles y poner baterías de estado sólido en el mercado para 2020, y es posible que no se venda con la marca Hitachi. De hecho, Hitachi ha mantenido una posición de liderazgo en tecnología de vanguardia, y Hitachi ha desarrollado una tecnología de batería de iones de litio para un automóvil eléctrico puro que tiene una vida útil de aproximadamente 400 kilómetros.

Las empresas europeas y americanas son igualmente agresivas

Ya en 2015, Bosch Group, un fabricante de piezas de automóvil, adquirió con éxito Seeo Battery Co., una empresa con sede en Haiwodeshi, California. La nueva generación de baterías de electrones de litio de estado sólido de Seeo tiene la capacidad de aumentar la densidad de energía de la batería del 50% al 100%. Actualmente, se han desarrollado baterías con una densidad de energía de 350 Wh / KG, que es aproximadamente el doble de la densidad de la batería en los vehículos eléctricos que se utilizan actualmente. densidad. El electrolito de polímero sólido DryLyte de Seeo no es volátil ni inflamable, lo que significa que el electrolito se puede utilizar a temperaturas más altas.

En noviembre de 2017, la marca emergente de automóviles eléctricos Fisker solicitó una patente para una batería de litio de estado sólido con una vida útil máxima de 800 kilómetros y una carga de solo 1 minuto. El líder del proyecto de baterías de estado sólido de Fisker es el fundador de Sakti3, una empresa de baterías de estado sólido propiedad de Dyson. En 2015, Sakti3 afirmó haber desarrollado una nueva batería de estado sólido con un costo de hasta $ 100 por vatio-hora y una densidad de energía de hasta 1,000 vatios / kg. Fisker dijo en su conferencia de prensa que las baterías de estado sólido tienen muchas restricciones, como capacidades de baja potencia y baja velocidad, que son causadas por estructuras de electrodos en capas y bajas temperaturas. La tecnología de carga de Fisker utiliza una estructura de electrodo tridimensional, lo que hace que el área de la superficie del electrodo sea 25 veces mayor que el área de la película plana. Esta estructura puede adaptarse a diferentes factores de voltaje y forma, y la densidad de energía es 2,5 veces mayor que la de una batería de litio.

Además, BMW y Apple ya han comenzado la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido.

Las empresas chinas también han comenzado a diseñar

En vehículos eléctricos, las empresas chinas siempre han ido a la par del mundo. El 9 de agosto de 2017, el Proyecto de batería de polímero de litio de estado sólido de China Gas Battery (Zhejiang) comenzó la construcción en el subdistrito de Songyang del Clúster Industrial Ecológico de Lishui.

Ya a finales de 2016, la era Ningde también reveló su determinación de desplegar "baterías de estado sólido". La era Ningde realizó una encuesta de empresas que fabrican baterías de estado sólido en todo el mundo antes de fabricar baterías de estado sólido. En el proceso de I + D de la era Ningde, también se prestó atención a la fabricación de baterías de estado sólido. Todo el proceso de fabricación de baterías de estado sólido es diferente al de los procesos tradicionales de fabricación de iones de litio y requiere nuevos equipos y nuevos procesos. Por lo tanto, la era Ningde también lleva a cabo el proceso al mismo tiempo. I + D.

Las baterías de estado sólido tienen una buena perspectiva, pero la prueba más importante es el precio. Las baterías de litio líquido cuestan entre 200 y 300 dólares el kilovatio-hora. Si utiliza la tecnología existente para fabricar baterías de estado sólido que alimentan los teléfonos inteligentes, el costo alcanzará los 15.000 dólares estadounidenses y el costo de las baterías de estado sólido que pueden alimentar los automóviles será asombroso. 90 millones de dólares estadounidenses. La principal razón del alto costo de producción de las baterías de estado sólido es que son ineficientes.

Evaluación de electricidad pequeña:

Las baterías de estado sólido tienen dos ventajas más importantes, una es la densidad de energía y la otra es la seguridad. Estos dos son exactamente donde la batería de litio de tres elementos más caliente es difícil de romper, por lo que no será sorprendente que sea la salida del viento para la próxima ronda de baterías. Sin embargo, debido a la falta de madurez técnica de la tecnología de preparación de baterías de estado sólido, la cantidad de empresas que pueden formar una capacidad de producción a gran escala es limitada y todavía hay muchas dificultades que deben superarse mediante la expansión de la tecnología a gran escala. Todavía se encuentra en la etapa de I + D y producción de prueba. Sin embargo, se puede esperar que con el desarrollo continuo de la I + D y la tecnología industrial, los problemas científicos y tecnológicos de las baterías de estado sólido se aliviarán gradualmente. En la actualidad, se puede ver que la tecnología que se puede promover en el futuro también incluye celdas de combustible, supercondensadores, celdas de aire de aluminio, celdas de magnesio, etc. Que las baterías sólidas puedan sobresalir requiere muchos esfuerzos.

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