Yerleşim için rekabet Katı hal pilleri köşelerde geçebilir mi?
Şu anda, üçlü pil ürünlerinin olgunluğu ve pazara nüfuzu nispeten yüksektir ve bunların tanıtılması nispeten kolaydır ve yerli pil şirketleri tarafından tercih edilmektedir. Ancak, katı hal pillerinin gelecekte güçlü bir alternatif güçle patlayacağına ve güç pili endüstrisinin modelini altüst edeceğine şüphe yok.
Enerji aracı sübvansiyonları doğrudan enerji yoğunluğu ile bağlantılı olduğundan, güç bataryalarının enerji yoğunluğunu artırmak, batarya şirketlerinin pazarı kazanması için önemli bir "pazarlık çipi" haline geldi. Bu yıl yeni yayınlanan yedi grup tavsiye edilen araç kataloğuna bakıldığında, ister yeni bir enerji otobüsü ister yeni bir enerji binek otomobili olsun, bataryanın enerji yoğunluğu büyük ölçüde arttı ve 1,2 kat sübvansiyon alan araçların oranı% 60'ı geçti. Yüksek enerji yoğunluğu yönüne doğru.
Ancak, dört bakanlık ve komisyon tarafından yayınlanan "Otomotiv Pil Endüstrisinin Gelişimini Teşvik Etmeye Yönelik Eylem Planı" nda belirtilen güç pillerinin enerji yoğunluğunun temel göstergeleri ve tamamlanma zaman düğümleri uyarınca, lityum iyon pillerin enerji yoğunluğunun 2020 yılına kadar elde edilmesi gerekmektedir. 300Wh / kg, sistem enerji yoğunluğu 260Wh / kg olmalıdır. Mevcut duruma bakılırsa, pil şirketlerinin büyük çoğunluğu bu göstergenin yalnızca 1 / 2'sinden daha azını tamamlıyor ve çok çalışmaları gerekiyor.
Yüksek enerji yoğunluklu piller giderek daha popüler hale geliyor
Bundan etkilenen BYD, CATL, Lishen, Waterma vb. Kendi "üç boyutlu planlarını" tanıttılar. Doğu Çin Lityum Pil Teknolojisi Enstitüsü'nden araştırmacı Liu Kai, "300 Wh / kg enerji yoğunluğu hedefine ulaşmak için üçlü rotayı kullanmak mümkündür. Şu anda, Nichia Chemicalın üçlü pilinin enerji yoğunluğu 330 Wh / kg'a ulaşabilir. Çin'in üçlü bataryası 252 Wh / kg'a ulaşabilir ve yerel üçlü bataryanın hala büyük bir kullanım potansiyeli var. "
Enerji yoğunluğunun iyileştirilmesi için hala çok yer olduğu düşünüldüğünde, üçlü pillerin ana akım teknoloji rotası olma eğilimi geri döndürülemez. Ancak bu güne kadar üçlü bataryanın güvenliği iyi çözülemedi.Dünyadaki en iyi BMS olduğunu iddia eden Tesla bile güvenlik kazaları yaşamaya devam etti.Bu yıl Çin'de iki Model S modeli ciddi sorunlar yaşadı. Yangın olayında üçlü bataryanın güvenliği hala herkes tarafından sorgulanmaktadır.
Bu durumda, hem enerji yoğunluğuna hem de güvenliğe sahip bir pil teknolojisi yolu var mı? Cevap evet, bu katı hal piller. Sektördeki genel fikir birliği, geleneksel pillerin avantajlarını miras alma temelinde, katı hal pillerin güvenliklerini ve enerji yoğunluklarını büyük ölçüde artırdığı, özellikle şarj süresinin birkaç dakikaya kadar kısaltılabileceğidir. Son zamanlarda Toyota, en erken 2022'de piyasaya sürülecek ve sektörde büyük bir tepkiye neden olan tamamen katı hal pilli bir elektrikli aracın geliştirildiğini de duyurdu.
Toyota, 2022'de katı hal pilli elektrikli araçların lansmanını duyurdu
Neden gelecekte katı hal piller var?
Kilometre kaygısı, yeni enerji araçlarının ölçek tanıtımını rahatsız eden birincil sorundur.Gelecekte, güç pilleri için enerji yoğunluğu gereksinimleri giderek daha fazla talepkar hale gelecektir. Şu anda, yeni enerji otobüsleri ağırlıklı olarak lityum demir fosfat piller kullanmaktadır. Güvenlik garanti edilmesine rağmen, lityum demir fosfat pillerin enerji yoğunluğu genellikle 115 Wh / kg'dır.BYD gibi önde gelen işletmeler için bile, enerji yoğunluğu yalnızca yapabilir 150 Wh / kg'a kadar ve zaten sınır değere yakın.
Endüstri genel olarak üçlü pilin önümüzdeki üç yıl içinde lityum demir fosfat pilin yerini alacağına ve lityum demir fosfat pilin sonunda yeni enerji aracı pazarından çekileceğine inanıyor. Tesla geçtiğimiz günlerde daha önce kullanılan 18650 üçlü pili terk edeceğini duyurdu ve 21700 pili daha büyük boyutlu ve daha yüksek enerji yoğunluğuyla kullanmaya başladı. Tesla'ya göre, enerji yoğunluğu% 20 artırılabilir, bu da üçlü pil sisteminin enerji yoğunluğunun 300 Wh / kg'ı aştığı anlamına gelir.
Teknik potansiyel perspektifinden bakıldığında, üçlü rotayı izleyerek 300 Wh / kg enerji yoğunluğu hedefine ulaşmak mümkündür, ancak enerji yoğunluğunu artırma süreci nispeten zordur. Üçlü pilin mevcut enerji yoğunluğu yaklaşık 200 Wh / kg'dir ve sınır enerji yoğunluğu yaklaşık 350 Wh / kg'dır, bu nedenle iyileştirme alanı çok sınırlıdır. Enerji yoğunluğu zaman düğümüne göre, 2025 yılında pil hücrelerinin enerji yoğunluğu 500Wh / kg olacak ve bu da üçlü yolla elde edilemeyecek.
Katı hal pillerinin enerji yoğunluğundaki artış teorik olarak daha uygundur. Her şeyden önce, katı hal lityum pillerin voltaj platformu iyileştirildi.Katı elektrolitler genellikle, pillerin enerji yoğunluğunu artırmaya elverişli olan organik elektrolitlerden daha geniş bir elektrokimyasal pencereye sahiptir; ikincisi, katı hal elektrolitleri lityum dendritlerin büyümesini engelleyebilir ve malzeme uygulama sistemlerinin yelpazesi de büyük ölçüde geliştirildi. , Daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip yeni pil teknolojisinin temelini atın.
Samsung ve MIT tarafından geliştirilen katı hal pil
Halihazırda, katı hal lityum piller, yaklaşık 400 Wh / Kg enerji yoğunluğu ile nispeten küçük bir aralıkta kullanılmaktadır.Maksimum enerji yoğunluğunun 900 Wh / Kg olduğu tahmin edilmektedir ve iyileştirme için% 100'den fazla alan vardır. Çin Mühendislik Akademisi'nden bir akademisyen olan Chen Liquan, bir keresinde, "Katı hal pillerin enerji yoğunluğu, üçlü pillerden çok daha fazladır. Güç pillerinin anahtarı maliyet, enerji yoğunluğu ve güvenliktir. Yalnızca katı hal piller, 500 Wh / kg enerji yoğunluğu hedefine ulaşabilir."
Güvenlikle ilgili konuşalım Son yıllarda yeni enerji araçlarının yurtiçi ve yurtdışında çok sayıda kendiliğinden yanma kazaları yaşanmış, yeni enerji araçlarının güvenliği her geçen gün daha fazla dikkat çekmiştir. Bunun nedeni, mevcut üçlü pilin mevcut elektriksel güvenliği, fonksiyonel güvenliği, kimyasal güvenliği ve mekanik güvenlik kontrolünün hala mükemmel olmamasıdır. Üçlü pilin sıvı elektroliti yanıcı ve patlayıcıdır.Uzun süreli kullanım kolaylıkla "ısıl kaçağı" tetikleyebilir. Şarj etme ve boşaltma işlemi sırasında lityum dendritlerin büyümesi diyaframı kolayca delip pilde kısa devrelere neden olabilir ve güvenlik riskleri oluşturabilir.
Ancak katı hal akülerde bu tür sıkıntılar yoktur.Katı elektrolitleri yanmaz, aşındırıcı değildir, uçucu değildir ve sızıntı yapmaz.Aynı zamanda katı hal aküler, yüksek akımlarda çalışırken diyaframı delen lityum dendritler nedeniyle kısa devre yapmaz. Yüksek sıcaklıklarda meydana gelen yan reaksiyon, yanan gaz üretir, bu nedenle katı hal lityum pil ile donatılmış bir arabanın kendiliğinden yanma olasılığı büyük ölçüde azalacaktır. Bu nedenle, katı hal pillerin geliştirilmesi için güvenlik de en temel itici güçlerden biri olarak kabul edilmektedir.
Katı hal bataryası aynı kapasitede daha küçüktür
Ayrıca katı hal piller daha küçük, daha hafif ve daha incedir ve pilin şekli gerçek ihtiyaçlara göre ayarlanabilir. Bu nedenle, saf elektrikli araçların pil düzeni daha esnek olabilir ve arabadaki alanı aşırı işgal etmez; aynı zamanda, maliyetleri büyük ölçüde azaltabilen üçlü lityum pil gibi karmaşık bir termal yönetim sistemi içermesine gerek yoktur; ağırlık büyük ölçüde azalır (aynı kapasite yaklaşık Üçlü pil paketinin ağırlığının 1 / 3'ü), hafif gövde hedefine daha kolay ulaşılabilir.
Katı hal pillerini kim yerleştiriyor?
Apple, 2012 gibi erken bir tarihte, patent sistemine katı hal pilleri dahil etti ve bugüne kadar birçok araştırma kurumu ve şirketi katı hal pilleri kullandı. Daha önce BMW, şirketin mevcut elektroliti katı hal elektrolitiyle değiştiren daha hafif, daha güvenli ve daha yüksek yoğunluklu bir katı hal pil geliştirdiğini ve bunu 2026'da seri üretmeyi planladığını söyledi. Bugün Toyota'nın katı hal pillerin seri üretim süresini dört yıl uzatması bekleniyor.
Yabancı basında 25 Temmuz'da Toyota'nın, seyir menzilini büyük ölçüde artıracak ve hızlı şarj elde edecek yeni elektrikli araç güç pilleri araştırma ve geliştirmeye kararlı olduğu bildirildi. Katı hal pillerle donatılmış elektrikli aracın yeni bir üretim platformuna dayandığı ve en erken 2022 yılında piyasaya sürüleceği bildirildi. Toyota neden katı hal pilleri seçti? Bunun büyük nedeni, Toyota'nın 2010 gibi erken bir zamanda katı hal pilleri piyasaya sürmeye başlaması ve laboratuvar enerji yoğunluğunun 2014 yılında 400 Wh / kg'a ulaşmasıdır.
BMW, 2026'da katı hal pillerin seri üretimini duyurdu
Bir Toyota sözcüsü, "Şimdiye kadar, katı hal pilleri tüm yeni pil türleri arasında seri üretim düzeyine en yakın olarak kabul ediliyor. Katı hal pilleri için seri üretim süreçleri de dahil olmak üzere ilgili teknolojilerin araştırma ve geliştirmesini yürütüyoruz. Ticarileştirin. Ancak, Toyota'nın katı hal akülerinin seri üretiminde başı çekip, Nissan ve Tesla'nın virajı sollamak için bu teknolojiyi kullanıp kullanamayacağı hala belirsiz.
Bazı menkul kıymetler analistleri şöyle düşünüyor: "Katı hal pillerinin laboratuvar araştırma sonuçlarından seri üretime gitmek için hala uzun bir yolu var. Şu andan itibaren 2022'ye kadar hala birçok değişken var. Toyota'nın katı hal bataryalı arabalarının zamanında piyasaya sürülüp sürülmeyeceği hala bilinmiyor. "Ancak bu, herkesin katı hal pilleri geliştirme konusundaki güvenini ve kararlılığını etkilemedi. Şimdiye kadar birçok yerli araştırma kurumu ve şirketi katı hal pilleri alanında gözünü dikti.
Katı hal pil araştırmalarıyla uğraşan yerli kurum ve şirketlerin arasında Kimya Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi, Qingdao Enerji Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi, Ningbo Malzeme Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi, Ningde Times Yeni Enerji, Şangay Uzay Gücü Araştırma Enstitüsü, AVIC Lithium, Jiawei Co., Ltd. ve Hengdian Dongmag olduğu anlaşılmaktadır. , Taiwan Hui Neng, vb. Ve bir ölçüde büyük atılımlar gerçekleştirdiler.Laboratuvar doğrulamasını bile tamamladılar ve az sayıda şirket küçük ölçekli sanayileşmeyi başardı.
Örneğin, Çin Bilimler Akademisi Qingdao Enerji Enstitüsü, geliştirdiği büyük kapasiteli katı hal polimer lityum pil "Qingneng I" in derin deniz bilimsel araştırmalarını tamamladığını, enerji yoğunluğunun 250 Wh / kg'ı ve 500 çevrim kapasitesinin% 80'in üzerinde kaldığını belirtti. Akupunktur ve ekstrüzyon gibi zorlu test koşullarında çok iyi bir güvenlik performansı sağlar; şimdi "Qingneng II" de 300Wh / kg'a kadar enerji yoğunluğu ile başarılı bir şekilde geliştirildi ve desteklenip uygulanmadı.
Jiawei, katı hal pil basın toplantısı sitesini paylaşıyor
Pil şirketleri açısından CATL, katı hal lityum pillerde (lityum-kükürt piller, polimer piller) atılımlar yaptığını, ana araştırma ve geliştirme yönünün sülfür elektrolit olduğunu, pozitif elektrot kaplama yönteminin arayüz reaksiyon problemini çözdüğünü ve sıcak presleme yöntemini azalttığını söyledi. Arayüz direnci. CATL tarafından tasarlanan ve üretilen 325mAh kapasiteli polimer hücre, iyi yüksek sıcaklık döngü performansına sahiptir. CATL, katı hal pillerinin teknik düzenini tamamladı, ancak tanıtılmadı.
Bundan önce, Austinin Mühendislik Fakültesindeki Texas Üniversitesinden 94 yaşındaki profesör John Goodenough, bir mühendis ekibinin düşük maliyetli, tamamen katı haldeki, yanmayan, uzun ömürlü, yüksek hacimli enerjiye sahip ilk katı hal lityum pili geliştirmesine öncülük etti. Yoğunluk, hızlı şarj ve deşarjın avantajları. Goodenough, "Buluşumuzun günümüz pillerindeki birçok doğal sorunu çözdüğüne inanıyoruz" dedi.
Katı hal pilleri bizden ne kadar uzakta?
Şangay Uzay Enerjisi Araştırma Enstitüsü'nden Dr. Tang Weiping, şu anda birçok şirket tamamen katı hal piller ürettiklerini iddia etse de, çoğunun gerçek anlamda tamamen katı hal piller olmadığını söyledi. "Hile" çok şüpheli. Olgun katı hal pil ürünleri piyasaya sürüldü. En az 5-10 yıl sürecektir. "Önümüzdeki beş yıl içinde, katı hal pilleri sanayileştirmek hala zor olacak ve lityum iyon piller hala ana yol olacak." Aslında, Toyota'nın katı hal pilli elektrikli araçlarının piyasaya sürülmesine sadece beş yıl kaldı.
Birçok aura dolaşık olmasına rağmen, katı hal pilleri aslında mükemmel değildir En büyük dezavantaj, geleneksel elektrolitler yerine katı elektrolitlerin kullanımının düşük iletkenlik ve aşırı derecede zayıf yüksek hızlı deşarj performansı ile sonuçlanmasıdır. Bunun nedeni, lityum iyonlarının katı hal difüzyon hızının çözelti içindeki difüzyondan çok daha yavaş olmasıdır. Bu nedenle günümüzde katı hal pilleri yalnızca düşük akımlı cihazlarda kullanılabilmekte ve hızlı şarj işlevlerine ulaşmak da zordur.
Liu Kai, katı hal pillerinin iletkenliğini iyileştirmek için katı hal elektrolit malzemelerin seçiminin özellikle önemli olduğuna inanıyor. "Katı elektrolit için malzeme olarak silikon-titanyum nanotüpler kullanıyoruz, bu da kaplamadan sonra iç direnci etkili bir şekilde azaltabilir, böylece katı hal pilin elektriksel iletkenliğini ve yüksek oranlı deşarjını iyileştirebilir. Ancak bu elektrolit malzemenin de dezavantajları vardır, yani kullanılamaz. Güvence, takip araştırmasında iyileştirilmesi gerekiyor.
Tesla pil paketlerinin fiyatı da daha önce çok yüksekti
Aynı zamanda, yüksek üretim maliyeti de katı hal pillerin tercih edilmemesinin sebebidir. Bu nedenle Tesla ve Panasonic, üçlü lityum piller üzerinde yorulmadan çalışmak ve hatta üçlü pil sistemini 18650'den 21700'e doğrudan yönlendirmek zorundadır.Bu aynı zamanda CATL, BYD, LG Chem ve Samsung SDI gibi ana güç pillerini de çeker. Üreticiler, Ar-Ge dizisine birbiri ardına üçlü lityum piller katıldı ve hatta 21700 pil trendini tetikledi.
Bununla birlikte, katı hal pillerin yüksek maliyeti, sanayileşme derinliği ile ilgilidir. Halihazırda katı hal piller yalnızca niş uygulamalar için uygundur ve üretim ve kullanım maliyetleri gerçekten çok yüksek olacaktır.Ancak, katı hal pillerin aşamalı olarak sanayileşmesi ile maliyetinin düşürülmesi doğaldır. Örneğin, Tesla pil paketlerinin fiyatı bir zamanlar 1200 ABD doları / KWh'ye ulaştı, ancak birkaç yıl içinde yaklaşık 180 ABD doları / KWh'ye düştü.
Teorinin ileri sürüldüğü zamanın perspektifinden, katı hal pilleri yeni bir kavram değil. Ancak yıllar geçtikçe, araştırma ve geliştirmedeki ilerleme, hayal edildiği kadar hızlı olmadı. Endüstri, sonunda maliyet düşürülebilse bile, bataryanın laboratuvardan nihai seri üretime geçmesinin uzun zaman alacağına inanıyor. Tıpkı likit lityum piller gibi, 1970'lerde, ilgili kavramlar ve deneysel sertifikalar yan yana ilerliyordu, ancak gerçek büyük ölçekli kullanım 20. yüzyılın sonundaydı.
Gelecekte, yeni enerji araçlarının sağlığı ve büyük ölçekli tanıtımı ve uygulaması büyük ölçüde yüksek güvenlikli, yüksek dayanıklı güç pillerinin desteğine bağlı olacaktır. Şu anda, yeni enerji araç güç bataryası teknolojisi, mevcut batarya şirketlerinin üçlü batarya teknolojisinin sürekli iyileştirilmesine dikkat etmesini ve tamamen katı hal lityum bataryaları veya yeni bataryaları hızlandırmasını gerektiren ulusal politikaların ve dış rekabetin ikili baskısı tarafından yönlendiriliyor. Teknik rezervler.
Genel olarak, katı hal pilleri ve üçlü pilleri enerji yoğunluğu, güvenlik ve hafiflik açısından karşılaştırdıktan sonra, katı hal pillerin mutlak avantajları vardır, ancak üçlü pil ürünleri nispeten yüksek olgunluğa ve pazara nüfuz etmeye sahiptir ve şu anda tanıtılmaktadır. Nispeten kolay olacak, bu nedenle yerli şirketler üç yönlü rotayı seçti. Ancak gelecekte katı hal pillerinin güçlü ürün ikamesi ile patlayacağına ve güç pillerinin endüstriyel modelini altüst edeceğine şüphe yok.
Yazar: trekking / power battery Network sd-dldc
