1 dakikalık şarjla 800km pil ömrü? Fisker'in katı hal pilinin "efsanesini" aydınlatmak
Şarj süresi son derece kısadır ve seyir menzili son derece uzundur.Birçok haberde bunun gibi katı hal pilleri anlatılır. Kısa bir süre önce elektrikli otomobil üreticisi Fisker (Fisker) katı hal pil patenti için başvuruda bulundu.Basında çıkan haberlere göre elektrikli otomobillerin pil ömrünü 804 kilometreye çıkarabilir ve şarj süresini 1 dakikaya indirebilir. Bundan önce Toyota ve Hitachi gibi şirketler de katı pillerle ilgili patent başvurusunda bulunduklarını iddia etti. Küresel bir bakış açısıyla, katı hal pillerinin 2025 civarında ticari seri üretime geçmesi bekleniyor.
Katı hal pillerin büyüsü nedir diye sormadan edemiyoruz. Günümüzde katı hal pille ilgili teknolojik gelişmeler ve patent uygulamaları hakkındaki haberler sonsuzdur. Katı hal pillerin "son derece hızlı şarj + ultra uzun pil ömrü" elde edebileceğine hayret ettiğimizde, şunu da görmeliyiz: Bu pilin seri üretimi ve tanıtımı normal şartlar altında gerçekleştirilebilir. Yazar, Fisker katı hal pillerinin ultra yüksek performansına ulaşmanın yolunu analiz ederek, ilgili uzmanlara danışmış ve polimer katı elektrolit rotası benimsenirse, bu son derece hızlı şarjın özel laboratuar koşullarında (yüksek sıcaklıkta şarj) gerçekleşeceği sonucuna varmıştır. Test örneklerine göre. "Ticarileştirmenin yanı sıra teknoloji hakkında konuşmak" bir hayduttur.Malzeme teknolojisindeki yeni atılımlara odaklandığımızda, katı hal pil üretim teknolojisi ve seri üretim ekipmanlarının ilerlemesine daha fazla dikkat edebiliriz.
"Katı hal" kavramı nedir?
Adından da anlaşılacağı gibi, elektrolitin oda sıcaklığında malzeme formu belirli bir akışkanlığa sahip bir sıvıdır ve sözde katı elektrolit, bu sıvı (veya koloidal) dispersiyonu katı bir elektrolit ile değiştirmektir.
Sıvı elektrolit ile karşılaştırıldığında, katı elektrolitin özellikleri çok açıktır:
Çok yüksek güvenlikli katı elektrolit yanıcı değildir, aşındırıcı değildir, uçucu değildir ve lityum dendrit olgusunun üstesinden gelen sıvı sızıntısı sorunları yoktur, bu nedenle tüm katı hal pilleri son derece yüksek güvenliğe sahiptir;
Enerji yoğunluğu iyileştirme - katı elektrolitler genellikle, pillerin enerji yoğunluğunu daha da artırmaya elverişli olan organik elektrolitlerden daha geniş bir elektrokimyasal pencereye sahiptir; katı elektrolitler, lityum dendritlerin büyümesini engelleyebilir ve daha yüksek enerjiye sahip olacak şekilde malzeme uygulama sistemlerinin aralığı büyük ölçüde geliştirilmiştir. Yoğunluk alanındaki yeni lityum pil teknolojisi temeli oluşturur.
Süper hızlı şarj nasıl yapılır?
Fisker'in katı hal pilleri patentine bakıldığında, "1 dakikalık şarjla 800 km" teriminin çok genel olduğu ve belirli bir araç ve çalışma koşullarının olmadığı söyleniyor. Yazar, ilgili uzmanlara danışmış ve polimer katı elektrolit yolunun benimsenmesi durumunda, bu son derece hızlı şarjın, özel laboratuar koşullarında (yüksek sıcaklıkta şarj) test numunelerine dayanma olasılığı olduğu sonucuna varmıştır.
Önceki raporlara göre, Fisker'in patenti, inorganik katı elektrolitlerin özellikleriyle çok tutarlı olan "üç boyutlu katı" olarak adlandırılan bir elektrolit kullanmaktadır. Bazı inorganik katı elektrolitler (küme iyon bazlı anti-perovskit lityum iyon süperiletkenleri gibi), oda sıcaklığında sıvı elektrolitlerle karşılaştırılabilir iyonik iletkenliğe sahip olsalar da, hacim olarak değişirler (bu nedenle birçok katı pil örneği Yumuşak paket lamine bataryada), arayüz şarj aktarım direncinde, esneklikte ve zayıf döngü kararlılığında birçok sorun vardır.
Fisker, katı hal elektrot teknolojisinin 2023 yılında elektrikli araçlarda kullanılmasını bekliyor. Bu, çoğu batarya ile ilgili şirketin zamanlaması ile uyumludur.Küresel açıdan bakıldığında, katı hal bataryalarının 2020 civarında küçük partiler halinde satışa sunulması beklenmektedir. Seri üretim. BMW, 2026 yılında katı hal akülerinde ve ardından seri üretimde bir atılım gerçekleştirmesinin beklendiğini iddia ediyor; Toyota ayrıca tamamen katı hal piller geliştiriyor ve yaklaşık 2020'de ticarileştirilecek olan 400 Wh / kg enerji yoğunluğuna sahip bir pil prototipi geliştirdi. 2025 yılına kadar önemli iyileşme sağlanacaktır.
Süreç henüz olgunlaşmadı
Lityum iyon piller piyasada yaygındır.Elektrolit organik bir çözücü sistem olduğundan, iki kutbun temas etmesini ve kısa devre yapmasını önlemek için pilin pozitif ve negatif elektrotlarının bir ayırıcı ile ayrılması gerekirken, katı hal pillerin ayırıcıya ihtiyacı yoktur. Görünüşe göre üretim süreci kısalıyor, ancak aslında katı hal piller daha fazla sorunla karşı karşıya.
Beijing Weilan New Energy Technology Co., Ltd.'nin genel müdürü Yu Huigen, katı hal pillerinin elektrolit malzemeleri katı olduğundan ve iletken sürecin nokta teması olduğundan, pil üretim sürecinin büyük arayüz empedansı, zayıf arayüz kararlılığı ve arayüz gerilimi değişiklikleri sorununu çözmesi gerektiğine işaret etti. Ortaya çıkan sorunlar; ayrıca, şarj etme ve boşaltma işlemi sırasında katı elektrolit hacmi genişler ve daralır, bu da ara yüzün kolayca ayrılmasına neden olur.Güncel teknoloji seviyesi söz konusu olduğunda, iyileştirme için hala çok yer var.
Farklı katı elektrolitlere uyum sağlamak için, yaygın lityum demir fosfat ve NMC üçlü lityum katot malzemeleri ve grafit anot malzemeleri katı elektrolitler için uygun olmayabilir.Katı elektrolitlerle eşleşen elektrotların tasarlanması ve yapılması ve uygun araştırma ve geliştirme yapılması gerekir. Katı elektrolitlere dayalı yeni bir lityum iyon pil sistemi.
Teorinin ileri sürüldüğü zamandan yola çıkarak, katı hal pilleri yeni bir kavram değildir, ancak yıllar içinde araştırma ve geliştirmedeki ilerleme, hayal edildiği kadar hızlı olmamıştır. Maliyet düşürülebilse bile, batarya laboratuvardan nihai seri üretime kadar zaman alacaktır. Japonya, Güney Kore, Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa ve diğer ülkelerdeki katı hal pil teknolojisi temelde küçük kapasiteli örnek hücreler aşamasındadır ve seri üretim süreci henüz olgunlaşmamıştır ve katı hal pilleri ticari uygulamalardan hala çok uzaktadır.
Şu anda, iyi bir kararlılığa ve yüksek iletkenliğe sahip elektrolit malzemelerin nasıl hazırlanacağı çok önemlidir.Tamamen katı hal pilleri hazırlamak için katı elektrolitlerin kullanılması, lityum iyon pillerin mevcut güvenlik sorunlarını temelden çözebilir. Katı elektrolitin pratik uygulamasını gerçekleştirmek için anahtar, aşağıdaki performansları karşılamasını sağlamaktır:
1. Oda sıcaklığında iyon iletkenliği 10-3S / cm veya daha yüksek olmalıdır;
2. İyi bir elektrokimyasal ve kimyasal stabiliteye sahiptir;
3. Elektrotlarla iyi uyumluluk;
4. Gözenekli yapı ve yüksek sıvı emme oranı;
5. İyi uzama ve mekanik dayanıma sahiptir.
Tıpkı sıvı lityum iyon piller gibi, 1970'lerde ilgili kavramlar ve deneysel sertifikalar yan yana ilerliyordu, ancak gerçek büyük ölçekli kullanım zaten 20. yüzyılın sonundaydı.
Sonuç
Gelecekte güç bataryası teknolojisinin gelişim yönü olarak, artık katı hal bataryalarının basit bir özetini yapabiliriz:
1. Genel elektrolit lityum iyon pillerle karşılaştırıldığında, katı elektrolit teknolojik bir yıkımdır.Katı elektrolite uyan elektrotların tasarlanması ve yapılması ve katı elektrolitlere uygun yeni bir lityum iyon pil sistemi araştırılması ve geliştirilmesi gerekir. ;
2. Katı hal pillerinin seri üretim süreci büyük bir iyileştirme gerektirmektedir Sonuçta, güç pil hücresi enjeksiyon makinesi çok olgun ve katı elektrolit ekleme işlemi tam olarak oluşmamış ve seri üretim ekipmanı olgunlaşmamış;
3. Normal kullanım koşulları altında, inorganik katı elektrolitlerin temel zorlukları hacim değişikliği, arayüz şarj aktarım direnci, esneklik ve zayıf döngü stabilitesidir.Polimer katı elektrolitler, inorganik katı elektrolitlerin bu sınırlamalarının üstesinden gelse de ( İyi bir esnekliğe sahiptir ve elektrot ile yakın temas halinde olabilir), ancak elektrokimyasal stabilite penceresi küçüktür ve iyonik iletkenlik (oda sıcaklığı) zayıftır.
Kaynak: İlk elektrik şebekesi: Liu Jin
