Co jsou to polovodičové baterie?

Již v květnu tohoto roku mnohá média propagovala projekt 6 miliard solid-state baterie.

Poté některé společnosti vyrábějící polovodičové baterie oznámily, že v roce 2027 industrializují plně polovodičové baterie. Následovaly různé tiskové konference, aby oznámily, jak vysoká může být energetická hustota a výkon cyklu. Často lze slyšet hustotu energie jednoho článku určité společnosti 700+Wh/kg.

Takže, co přesně je polovodičová baterie? Jaké úrovně nyní trh dosáhl? Po komunikaci s mnoha přáteli v mém okolí jsem zjistil, že první koncept, který lze snadno zaměnit s polotuhými bateriemi, je polotuhý a plně pevný.

Dá se říci, že téměř všechny tzv. solid-state baterie, které v současné době na trhu kolují, jsou baterie polotuhé, tedy tuhá a kapalná směs. Po rozebrání mnoha polovodičových baterií se však zjistilo, že tzv. směs pevná látka-kapalina je ve skutečnosti špatně viditelná a je téměř stejná jako stav kapalných baterií. I přes některé přesné charakteristiky je těžké najít stopy.

Existují dvě reprezentativní čínské společnosti: Qingtao a Weilan. Hlavním systémem Qingtao je fosforečnan lithný (samozřejmě mají také ternární systém) a Weilan je reprezentován ternárním systémem (samozřejmě mají také železo lithium). První je převážně technologie keramického povlaku a druhá je inzerována jako technologie vytvrzování in-situ (důraz je kladen na propagaci). Uvádí se, že Qingtao má aktuálně v oběhu 380Wh/kg článků a Weilan aktuálně prodává 350Wh/kg články s kapacitou 110Ah.

A co polovodičové baterie? Celopevnolátkové baterie se dělí především na oxidy, polymery a sulfidy (samozřejmě existují i ​​halogenidy). Soudě podle současného stavu vývoje celkových předních společností je celá technologická cesta sulfidová. Takzvaná sulfidová polovodičová baterie je vlastně směs kladných a záporných elektrodových materiálů s elektrolyty a pojivovými vodivými činidly za vzniku kladné elektrody (samozřejmě existují suché a mokré metody), a poté elektrolyt a malé množství pojivo se mísí do podoby filmu (samozřejmě existují suché a mokré metody). Pokud se jedná o mokrou metodu, je sulfidový systém velmi citlivý na systém rozpouštědel a samozřejmě je potřeba speciální pojivo. Nakonec jsou kladné a záporné elektrody a elektrolytová membrána naskládány vrstvu po vrstvě, aby vytvořily plně polovodičový bateriový článek. Každý z těchto procesů má mezeru, která blokuje industrializaci plně polovodičových baterií.

Druhá věc, kterou lze snadno splést, je polovodičová baterie=s vysokou bezpečností a vysokou hustotou energie

To je velké nepochopení většiny lidí, včetně těch v oboru. Myslí si, že plně polovodičové baterie mají vysokou hustotu energie. Mnoho lidí mimo průmysl často vkládá své naděje do plně polovodičových baterií a často říkají, že „až vyjdou polovodičové baterie, nebude žádná kapalina“. Ve skutečnosti tomu tak není. Abychom porozuměli této logice, musíme nejprve vyjít z konceptu hustoty energie: hustota energie=energie/hmotnost a energie je určena samotným materiálem, takže hustotu energie bateriového článku určuje materiálový systém. baterie.

Železo-lithiové baterie jsou aktuálně 180Wh/kg. Vzhledem k tomu, že ternární baterie jsou rozděleny do mnoha systémů, jejich energetická hustota je v zásadě v rozmezí 240-360 nebo dokonce 380 Wh/kg (více než 285 Wh/kg vyžaduje materiály na bázi křemíku). Samozřejmě, že systém oxidu lithného kobaltu má v zásadě více než 200 energetických hustot. Nyní mnoho propagandy o hustotě energie na trhu dosáhlo 450, 500, 600 nebo dokonce 700 Wh/kg nebo více. V zásadě je materiálem záporné elektrody lithiový kov nebo žádná záporná elektroda. Toto je celkový stav hustoty energie. Materiály kladných a záporných elektrod polovodičových baterií nebyly odděleny od tekutých surovin. Proto hustota energie polovodičových baterií nebude vyšší než u kapalných baterií.

Vysoká hodnota, o které všichni mluví, je ve skutečnosti založena na očekávání, že polovodičové baterie mohou používat lithiové kovové záporné elektrody k dosažení vysoké hustoty energie bateriového článku po vyřešení bezpečnostního problému, ale tento problém není menší než vyřešení problému bezpečnostní problém tekutých lithiových kovových baterií. Proto je neudržitelné říci, že energetická hustota polovodičových baterií je nízká. Naopak ze skutečného stavu vývoje bude energetická hustota celosolidních baterií nižší. První pochází z aplikace vysokoenergetických systémových materiálů, druhý pochází z podílu aktivních materiálů, třetí pochází z tloušťky elektrolytové membrány a čtvrtý pochází z problému, že všichni neplatí v současnosti věnuje velkou pozornost. Provoz plně polovodičových baterií vyžaduje vysokotlakou svorku. Svorka zvýší hmotnost elektrického zařízení při skutečném používání, čímž do určité míry sníží výhodu hustoty energie bateriového článku.

Celkově mají plně polovodičové baterie výrazně zlepšenou bezpečnost (existují skutečné testy), ale jako sulfidové polovodičové baterie s obalovým materiálem soft-pack je sulfid sám o sobě materiálem s velkými bezpečnostními riziky. Za druhé, zlepšení bezpečnosti plně polovodičových baterií je také omezené. Není to ze své podstaty bezpečné. Do určité míry může stále vyvolat tepelný únik baterie.

Výše uvedené představuje určité relativně makroskopické chápání současných polovodičových baterií, včetně polovodičových a polopevných baterií. Z dlouhodobého hlediska je samozřejmě all-solid-state stále optimistický. Ze současné situace není obtížnost řešení bezpečnostních problémů vysokoenergetických kapalných baterií nutně nižší než obtížnost vývoje nové generace vysoce bezpečných polovodičových baterií. Věřím, že společným úsilím navazujících průmyslových řetězců můžeme prolomit status quo a uskutečnit revoluci.

Poznámka: Většina článků přetištěných na této stránce pochází z internetu. Autorská práva k článkům náleží původnímu autorovi a původnímu zdroji. Pohledy v článku jsou pouze pro sdílení a komunikaci. Pokud se vyskytnou nějaké problémy s autorskými právy, dejte mi prosím vědět a já to včas vyřeším.