¿Pueden las baterías de estado sólido derrotar a la era Ningde?

¿Pueden las baterías de estado sólido derrotar a la era Ningde?

"Carga cinco minutos y puedes hablar durante dos horas", la toxicidad de este lema es comparable a la "Melatonina". Hoy en día, este lema también tiene una versión para la industria del automóvil: "carga un minuto, duración de la batería de 800 kilómetros".

A principios de 2018, los medios extranjeros lanzaron un mensaje, la marca de automóviles eléctricos Fisker solicitó una patente de batería de litio sólida, la vida máxima de 800 kilómetros, cargando solo 1 minuto.

Con la retirada de los vehículos y las baterías de nueva energía, el precio de las baterías de litio ha ido disminuyendo y el margen de beneficio bruto de las empresas de baterías ha disminuido. Al mismo tiempo, las baterías de litio que la mayoría de empresas han desarrollado en la actualidad no han podido mejorar sustancialmente, eliminando los vehículos eléctricos. "Preocupación por el kilometraje".

Por lo tanto, surgió la batería totalmente de estado sólido con una densidad de energía tres veces mayor que la de la batería ternaria de litio, y solo pudo derrotar a la era Ningde.

Desde 2017, han surgido empresas que han desarrollado baterías de estado sólido y las baterías de estado sólido se han convertido en un punto de acceso de investigación para las empresas.

Recientemente, el Grupo Volkswagen alemán confirmó que ha invertido 100 millones de dólares estadounidenses para que QuantumScape desarrolle conjuntamente baterías de estado sólido. "Uniremos fuerzas con Volkswagen como especialista en producción de vehículos y la experiencia de QuantumScape como líder en tecnología de baterías de estado sólido para acelerar la comercialización de productos de baterías de estado sólido QuantumScape", dijo Axel Heinrich, jefe de investigación del Grupo Volkswagen.

En los diversos sistemas de baterías nuevos actuales, las baterías de estado sólido utilizan nuevos electrolitos de estado sólido para reemplazar los electrolitos orgánicos y los separadores actuales, con alta seguridad, alta densidad de energía volumétrica y diferentes nuevos sistemas de electrodos de alta energía (como los sistemas de litio-azufre). , metales). El sistema de aire, etc., tiene una amplia gama de adaptabilidad y puede mejorar aún más la densidad de energía de la masa, que se espera que se convierta en la solución definitiva para la próxima generación de baterías de energía, lo que genera una preocupación generalizada entre muchos institutos de investigación, nuevas empresas y algunas compañías automotrices. en Japón, Estados Unidos y Alemania.

¿Qué es una batería completamente sólida?

Como su nombre lo indica, todos los materiales de la batería están en forma sólida, sin líquido ni líquido. Debe tener en cuenta que debido a que las baterías de iones de litio son las más comunes en nuestra vida diaria, generalmente usamos baterías de iones de litio de estado sólido como representativas de las baterías de estado sólido por defecto. Por lo tanto, la batería de estado sólido que se menciona en este artículo es la batería de iones de litio de estado sólido predeterminada. Batería.

Según el profesor Li Hong y el profesor Xu Xiaoxiong, que lideran la investigación sobre baterías de estado sólido en China, todas las baterías de estado sólido pasarán por tres etapas: semisólida (2018), cuasi-sólida (2020) y todas. -sólido (2022). ).

En la actualidad, se ha realizado una tecnología de estado semisólido, es decir, un electrolito sólido utilizado como capa protectora del litio metálico del electrodo negativo mientras ayuda a un electrolito líquido. Sin embargo, las baterías de estado sólido todavía se encuentran en la etapa experimental del laboratorio y no se pueden comercializar.

Como se mencionó al principio del artículo, todas las baterías de estado sólido tienen muchas ventajas sobre las baterías tradicionales de iones de litio.

Talla pequeña

La densidad de energía volumétrica de una batería es un dato de referencia muy importante. Según el campo de aplicación, los requisitos de mayor a menor son electrónica de consumo> vehículo eléctrico doméstico> autobús eléctrico.

En las baterías de iones de litio tradicionales, es necesario utilizar un separador y un electrolito, que juntos representan casi el 40% del volumen y el 25% de la masa de la batería. Si son reemplazados por electrolitos sólidos (principalmente materiales cerámicos orgánicos e inorgánicos), la distancia entre los electrodos positivos y negativos se puede acortar a incluso unas pocas o algunas décimas de micrómetro, de modo que el grosor de la batería puede ser muy grande. reducido.

Esto significa que después de usar una batería totalmente de estado sólido, el automóvil ya no lleva una batería tan pesada como su propio peso y corre por la carretera.

2. Alta seguridad

Para los vehículos eléctricos, la seguridad de la batería es extremadamente importante. El accidente de autoencendido de los vehículos de nueva energía no se ha detenido, incluso Tesla, el extremo más alto del vehículo de nueva energía global, no es inmune.

Las baterías de iones de litio convencionales son extremadamente propensas al calor debido a condiciones orgánicas anormales, como la carga a largo plazo y el cortocircuito interno debido al electrolito líquido orgánico utilizado, lo que provoca hinchazón, combustión espontánea o incluso explosión del electrolito. Muchos materiales de electrolitos sólidos inorgánicos no son inflamables, no corrosivos, no volátiles y no presentan problemas de fugas. El electrolito sólido de polímero tiene una seguridad de batería significativamente mejorada en comparación con un electrolito líquido que contiene un disolvente inflamable.

3. Alta densidad de energía

Los electrolitos sólidos generalmente tienen una amplia ventana electroquímica, como un marco pequeño, por lo que se pueden instalar más materiales de cátodos de alto voltaje. Junto con el tamaño pequeño y la estabilidad de las baterías de estado sólido, la gestión de la batería se puede simplificar y la densidad de energía aumentará naturalmente.

En la actualidad, la densidad de energía de las baterías totalmente de estado sólido es de aproximadamente 400Wh / Kg, y el valor potencial máximo estimado es de 900Wh / Kg, que tiene más del 100% de margen de mejora.

La alta densidad de energía significa que la resistencia de la batería mejoró. Uno de los factores que actualmente plagan el avance de los vehículos eléctricos es que la vida útil actual de la batería no se puede interrumpir. Si logra una batería totalmente de estado sólido, puede eliminar la "ansiedad por el kilometraje". Incluso si se cobró durante un minuto al comienzo del artículo, no es imposible terminar los 800 kilómetros.

No todas las baterías de estado sólido pueden "subir al cielo"

A pesar de las muchas ventajas de las baterías totalmente de estado sólido, no es tan fácil salir del laboratorio.

La primera es que la impedancia de la interfaz de la batería totalmente de estado sólido es demasiado grande. La interfaz entre el electrolito sólido y el material del electrodo está en un estado sólido-sólido, por lo que el contacto efectivo entre el electrodo y el electrolito es débil y la cinética de transporte de iones en la materia sólida es baja.

El segundo es el problema de la carga. Los propietarios de automóviles eléctricos no quieren perder más tiempo cargando. Sin embargo, si usa una batería totalmente de estado sólido, es más difícil cargarla rápidamente.

La impedancia y conductividad de la batería muestran que la resistencia interna es grande, lo que dificultará la carga, y debido a que la resistencia interna es grande, se producirá una pérdida de energía durante el proceso de carga. Esta parte del desperdicio de energía no se puede ignorar. Además, el material de la batería completamente sólida puede expandirse o contraerse durante el proceso de carga y descarga, lo que resulta en una fácil separación de la interfaz.

El problema de costos más importante sigue a esto. El costo es el factor más importante que impide la comercialización.

En la actualidad, los electrolitos de las baterías de litio totalmente de estado sólido tienen principalmente dos sistemas principales, orgánicos e inorgánicos, y el costo es generalmente alto. En particular, procesos complicados como CVD / PVD preparan muchas baterías inorgánicas y la producción (película depositada) es lenta y costosa. La celda única tiene una capacidad pequeña y, a menudo, solo es adecuada para baterías para dispositivos electrónicos pequeños, y mucho menos para automóviles.

Además, el proceso de preparación de la batería de estado sólido no está lo suficientemente maduro y la recopilación de datos de uso de la batería no es completa. Solo en la fabricación de electrolitos de baterías totalmente de estado sólido, la inmadurez técnica de los dos problemas centrales de la optimización de la interfaz sólido-sólido es suficiente para hacer que el costo de las baterías de estado sólido sea alto.

Además, las baterías totalmente de estado sólido aún no se han comercializado a gran escala.

Al mismo tiempo que el calor de las baterías de estado sólido en el mercado de capitales este año, la industria está asombrada; la mayoría de la gente dice que es demasiado pronto para comercializar baterías de estado sólido.

Li Wei, investigador del Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China, dijo que para comercializar baterías de estado sólido, debe haber suficientes reservas técnicas y equipos de I + D, porque una tecnología de batería de litio generalmente requiere al menos 15 años de tiempo de desarrollo.

Wang Rongjin, socio de Jinbang Capital, que está invirtiendo en baterías de litio, dijo al Daily Economic News que la mayoría del personal de I + D con el que ha contactado es pesimista sobre las baterías de estado sólido y cree que es difícil de comercializar en el corto plazo.

Incluso ya en 2010, Toyota introdujo vehículos eléctricos que usan baterías de estado sólido y tienen un alcance de hasta 1,000 kilómetros. Sin embargo, el personal de Toyota también admitió que las baterías de estado sólido de Toyota todavía están en la etapa de laboratorio.

Li Wei describió la comercialización actual de baterías de estado sólido como "el llamado estado totalmente sólido solo ve el concepto, pero no conoce el rendimiento; solo escuchó sobre seguridad, pero no un informe de prueba de seguridad". Dijo que a partir de los datos públicos, no hay una publicación de datos sistemática para las baterías de estado sólido, y las celdas de combustible tienen datos del sistema como el tamaño, la potencia y la vida útil de la pila. Si estos datos se hacen públicos, esta tecnología está madura.

De hecho, hasta la fecha, muchas empresas de automóviles han indicado que han hecho algunos movimientos al respecto, pero ninguna de ellas dio datos.

Los gigantes nacionales y extranjeros se han presentado

Aunque para las baterías a gran escala, la comercialización a gran escala en el automóvil no es el tema de la actualidad, pero muchas empresas de automóviles, proveedores de baterías, etc. han realizado grandes esfuerzos en este sentido. Las empresas líderes en la industria de las baterías como Toyota, Panasonic, Samsung, Mitsubishi y la era doméstica de Ningde han desplegado activamente la investigación de reserva y el desarrollo de baterías de estado sólido.

En términos relativos, la madurez de la tecnología es mayor y la tecnología es más profunda. Pertenece a Bolloré de Francia, Sakti3 de Estados Unidos y Toyota de Japón. Estos tres también representan la dirección de desarrollo de tecnología típica de los tres electrolitos sólidos de polímeros, óxidos y sulfuros.

Bolloré, que es famoso en Europa, usa un sistema de electrolitos de polímero y Samsung usa un sistema de electrolitos de sulfuro. El gigante alemán de autopartes Bosch (BOSCH) adquirió la compañía estadounidense de baterías "Seeo" en 2015. Bosch y Seeo establecieron una nueva planta con la famosa compañía japonesa GSYUASA Battery Company y Mitsubishi Heavy Industries, centrándose en baterías de iones de litio de ánodo de estado sólido.

En el campo de las baterías para automóviles, las empresas japonesas han estado a la vanguardia. Ya ha representado el 70% de la cuota de mercado mundial en 2013, pero para 2016, esta cifra ha caído al 41%. En la actualidad, el gobierno japonés espera recuperar el dominio del mercado aumentando la investigación y el desarrollo de baterías totalmente de estado sólido.

En mayo de 2017, el Ministerio de Asuntos Económicos de Japón anunció que invertirá 1.600 millones de yenes para desarrollar conjuntamente baterías de estado sólido, como Toyota, Honda, Nissan, Panasonic, GS Yuasa, Toray, Asahi Kasei, Mitsui Chemicals y Mitsubishi Chemical. . Espera que el objetivo de los 800 kilómetros se logre en 2030.

Toyota también anunció la cooperación con Panasonic para desarrollar baterías de estado sólido; BMW anunció la cooperación con SolidPower para desarrollar baterías de litio de estado sólido; Bosch y la famosa compañía de baterías GSYUASA (Tangshhao) de Japón y Mitsubishi Heavy Industries establecieron conjuntamente una nueva fábrica, centrada en baterías de iones de litio de ánodo de estado sólido; a nivel nacional, no ha sido abandonado en gran medida por países extranjeros en este sentido.

Antes del desarrollo oficial de las baterías de estado sólido, la era Ningde llevó a cabo una investigación sobre compañías globales de baterías de estado sólido y determinó su propia dirección de desarrollo. En octubre de 2016, el Dr. Liu Na, Ningde Times New Energy, presentó el diseño y la ruta de investigación y desarrollo de la era Ningde en el campo de las baterías de polímero de litio de estado sólido y las baterías de sulfuro de estado sólido.

Además, en el proceso de desarrollo de la era Ningde, también le preocupa la fabricación de baterías de estado sólido. El proceso de fabricación completo de baterías de estado sólido es diferente del proceso tradicional de fabricación de iones de litio y se necesitan nuevos equipos y nuevos procesos. Por lo tanto, el desarrollo del proceso también se llevó a cabo en la era Ningde. .

Además, en 2017, Guoxuan Hi-Tech, que ya ha comenzado a desarrollar baterías de estado sólido y electrolitos sólidos, reveló que la compañía está desarrollando tecnología de producción de baterías de energía de próxima generación en los Estados Unidos y Japón de acuerdo con los requisitos del producto para cooperación con marcas internacionales de vehículos de primera línea. Con el equipo de producción, los productos relacionados utilizarán tecnología de batería semisólida. Las empresas también prestarán mucha atención al desarrollo y la industrialización de materias primas clave upstream, incluidos los electrolitos sólidos.

En marzo de 2018, Guoxuan Hi-Tech dijo en la plataforma de interacción con inversores que la tecnología de batería semisólida de la compañía se encuentra actualmente en la fase de conversión de laboratorio a laboratorio.

Con el rápido desarrollo de los vehículos eléctricos en todo el mundo, las baterías totalmente de estado sólido pueden mejorar rápidamente la resistencia de los automóviles, lo que sin duda es una dirección inevitable para el desarrollo futuro de las baterías. Bajo la doble influencia de la "política de doble punto" y los subsidios, significa que la competencia en la industria de las baterías se volverá más intensa, lo que obligará a estas empresas a centrarse en la próxima generación de tecnología de baterías, baterías de estado sólido o mejor. Seleccione.

Además, la inversión y el financiamiento de baterías de estado sólido ha promovido objetivamente la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido, estimulando la industria y el campo, y promoviendo el énfasis de la industria en las baterías de estado sólido.

Sin embargo, con respecto a la conductividad, la velocidad de las celdas, la eficiencia de preparación de la batería y el control de costos de los electrolitos sólidos, todas las baterías de estado sólido aún tienen un largo camino por recorrer.

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