By hoppt
Polprevodniške baterije: naslednja generacija baterij
14. maja po poročanju The Korea Timesa in drugih medijskih poročil Samsung načrtuje sodelovanje s Hyundaijem pri razvoju električnih vozil ter zagotavljanju električnih baterij in drugih povezanih avtomobilskih delov za električna vozila Hyundai. Mediji napovedujejo, da bosta Samsung in Hyundai kmalu podpisala nezavezujoč memorandum o soglasju glede dobave baterij. Poročajo, da je Samsung Hyundaiju predstavil svojo najnovejšo polprevodniško baterijo.
Po mnenju Samsunga, ko je njegova prototipna baterija popolnoma napolnjena, lahko omogoči električnemu avtomobilu, da vozi več kot 800 kilometrov naenkrat, z življenjsko dobo baterije več kot 1,000-krat. Njegova prostornina je 50 % manjša od litij-ionske baterije enake kapacitete. Iz tega razloga veljajo polprevodniške baterije za najprimernejše akumulatorje za električna vozila v naslednjih desetih letih.
V začetku marca 2020 sta Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) in Samsung Research Center of Japonska (SRJ) v reviji "Nature Energy" objavila "Visokoenergetske dolgociklične polprevodniške litijeve kovinske baterije, ki jih omogoča srebro". "Ogljikove kompozitne anode" so predstavile svoj najnovejši razvoj na področju polprevodniških baterij.
Ta baterija uporablja trden elektrolit, ki ni vnetljiv pri visokih temperaturah in lahko tudi zavira rast litijevih dendritov, da se izogne kratkim stikom pred vbodom. Poleg tega kot anodo uporablja kompozitno plast iz srebra in ogljika (Ag-C), ki lahko poveča gostoto energije na 900 Wh/L, ima dolgo življenjsko dobo več kot 1000 ciklov in zelo visoko kulombsko učinkovitost (polnjenje in učinkovitost praznjenja) 99.8 %. Lahko poganja baterijo po enkratnem plačilu. Avto je prevozil 800 kilometrov.
Vendar sta SAIT in SRJ, ki sta objavila prispevek, znanstvenoraziskovalni instituciji in ne Samsung SDI, ki se osredotoča na tehnologijo. Članek samo pojasnjuje načelo, strukturo in zmogljivost nove baterije. Predhodno ocenjujemo, da je baterija še v laboratorijski fazi in jo bo v kratkem času težko masovno proizvesti.
Razlika med polprevodniškimi baterijami in tradicionalnimi tekočimi litij-ionskimi baterijami je v tem, da se namesto elektrolitov in separatorjev uporabljajo trdni elektroliti. Ni treba uporabljati litij-interkaliranih grafitnih anod. Namesto tega se kot anoda uporablja kovinski litij, ki zmanjša število anodnih materialov. Napajalni akumulatorji z večjo gostoto telesne energije (>350Wh/kg) in daljšo življenjsko dobo (>5000 ciklov), pa tudi s posebnimi funkcijami (kot je prilagodljivost) in drugimi zahtevami.
Nove sistemske baterije vključujejo polprevodniške baterije, litijeve pretočne baterije in kovinsko-zračne baterije. Tri polprevodniške baterije imajo svoje prednosti. Polimerni elektroliti so organski elektroliti, oksidi in sulfidi pa anorganski keramični elektroliti.
Če pogledamo svetovna podjetja s polprevodniškimi baterijami, obstajajo start-upi, obstajajo pa tudi mednarodni proizvajalci. Podjetja so sama v sistemu elektrolitov z različnimi prepričanji in ni trenda pretoka tehnologije ali integracije. Trenutno so nekatere tehnične poti blizu pogojem industrializacije, v teku pa je tudi pot do avtomatizacije polprevodniških baterij.
Evropska in ameriška podjetja imajo raje polimerne in oksidne sisteme. Francosko podjetje Bolloré je prevzelo vodilno vlogo pri komercializaciji polprevodniških baterij na osnovi polimerov. Decembra 2011 so njegova električna vozila, ki jih poganjajo 30kwh polprevodniške polimerne baterije + električni dvoslojni kondenzatorji, vstopila na trg skupnih avtomobilov, kar je bilo prvič na svetu. Komercialne polprevodniške baterije za EV.
Sakti3, proizvajalca tankoslojnih oksidnih polprevodniških baterij, je leta 2015 kupil britanski velikan gospodinjskih aparatov Dyson. Odvisen je od stroškov priprave tankega filma in težavnosti obsežne proizvodnje, množice pa ni bilo. proizvodni izdelek za dolgo časa.
Maxwellov načrt za polprevodniške baterije je najprej vstopiti na trg majhnih baterij, jih množično proizvajati leta 2020 in jih uporabiti na področju shranjevanja energije leta 2022. Zaradi hitre komercialne uporabe lahko Maxwell najprej razmisli o poskusu pol- trdne baterije v kratkem času. Kljub temu so poltrdne baterije dražje in se uporabljajo predvsem na posebnih področjih povpraševanja, kar otežuje uporabo v velikih količinah.
Izdelki iz oksida, ki niso tankoplastni, imajo odlično splošno zmogljivost in so trenutno priljubljeni v razvoju. Tako Taiwan Huineng kot Jiangsu Qingdao sta znana igralca na tej progi.
Japonska in korejska podjetja so bolj zavezana reševanju problemov industrializacije sulfidnega sistema. Predstavniški podjetji, kot sta Toyota in Samsung, so pospešili njihovo uvajanje. Sulfidne polprevodniške baterije (litij-žveplove baterije) imajo zaradi svoje visoke energetske gostote in nizke cene ogromen razvojni potencial. Med njimi je Toyotina tehnologija najnaprednejša. Izpustil je demonstracije na ravni amperov in elektrokemične zmogljivosti. Hkrati so kot elektrolit za pripravo večjega akumulatorja uporabili tudi LGPS z višjo prevodnostjo pri sobni temperaturi.
Japonska je začela nacionalni raziskovalni in razvojni program. Najbolj obetavna zveza sta Toyota in Panasonic (Toyota ima skoraj 300 inženirjev, ki sodelujejo pri razvoju polprevodniških baterij). Rekel je, da bo polprevodniške baterije komercializiral v petih letih.
Načrt komercializacije polprevodniških baterij, ki sta jih razvila Toyota in NEDO, se začne z razvojem polprevodniških baterij (akumulatorjev prve generacije) z uporabo obstoječih optimističnih in škodljivih materialov LIB. Po tem bo uporabil nove pozitivne in negativne materiale za povečanje gostote energije (baterije naslednje generacije). Toyota naj bi leta 2022 izdelala prototipe polprevodniških električnih vozil, leta 2025 pa bo v nekaterih modelih uporabljala polprevodniške baterije. Leta 2030 lahko gostota energije doseže 500 Wh/kg, da se doseže množična proizvodnja.
Z vidika patentov je bilo med 20 najboljšimi prijavitelji patentov za polprevodniške litijeve baterije japonskih podjetij 11. Največ je prijavila Toyota, ki je dosegla 1,709, kar je 2.2-krat več kot drugi Panasonic. Prvih 10 podjetij je vseh japonskih in južnokorejskih, od tega 8 na Japonskem in 2 v Južni Koreji.
Z vidika globalne razporeditve patentov imetnikov patentov so ključne države ali regije Japonska, ZDA, Kitajska, Južna Koreja in Evropa. Poleg lokalnih prijav ima Toyota največje število prijav v ZDA in na Kitajskem, ki predstavljata 14.7 % oziroma 12.9 % vseh patentnih prijav.
Tudi industrializacija polprevodniških baterij v moji državi je v nenehnem raziskovanju. V skladu s kitajskim načrtom tehnične poti bo leta 2020 postopoma uresničil trdni elektrolit, visoko specifično energijsko sintezo katodnega materiala in tridimenzionalno ogrodno strukturo iz litijeve zlitine. Prepoznal bo proizvodnjo vzorcev ene baterije z majhno zmogljivostjo 300 Wh/kg. Leta 2025 bo tehnologija krmiljenja vmesnika polprevodniške baterije uresničila 400 Wh/kg vzorčne in skupinske tehnologije velike zmogljivosti. Pričakuje se, da se bodo polprevodniške baterije in litij-žveplove baterije lahko množično proizvajale in promovirale leta 2030.
Baterije naslednje generacije v projektu zbiranja sredstev IPO CATL vključujejo polprevodniške baterije. Glede na poročila NE Timesa CATL pričakuje, da bo dosegel množično proizvodnjo polprevodniških baterij vsaj do leta 2025.
Na splošno je tehnologija polimernega sistema najbolj zrela in rojen je prvi izdelek na ravni EV. Njegova konceptualna in v prihodnost usmerjena narava je sprožila pospeševanje vlaganja v raziskave in razvoj s strani zamudnikov, vendar zgornja meja zmogljivosti omejuje rast in mešanje z anorganskimi trdnimi elektroliti bo možna rešitev v prihodnosti; oksidacija; V materialnem sistemu je razvoj tankoslojnih vrst osredotočen na širitev zmogljivosti in obsežno proizvodnjo, splošna učinkovitost nefilmskih vrst pa je boljša, kar je v središču trenutnih raziskav in razvoja; Sulfidni sistem je najbolj obetaven polprevodniški baterijski sistem na področju električnih vozil, vendar je v polarizirani situaciji z ogromnim prostorom za rast in nezrelo tehnologijo reševanje varnostnih vprašanj in vprašanj vmesnikov v središču prihodnosti.
Izzivi, s katerimi se soočajo polprevodniške baterije, vključujejo predvsem:
Litij-žveplove baterije, litij-zračni in drugi sistemi morajo zamenjati celoten okvir strukture baterije in vedno več je večjih težav. Pozitivne in negativne elektrode polprevodniških baterij lahko še naprej uporabljajo sedanji sistem, težava realizacije pa je relativno majhna. Polprevodniške baterije imajo kot baterijsko tehnologijo naslednje generacije večjo varnost in gostoto energije in bodo postale edina pot v post-litijevi dobi.
odgovorite v 6 urah, vsa vprašanja so dobrodošla!
