Katı hal piller: yeni nesil pil yolu

Katı hal piller: yeni nesil pil yolu

"The Korea Times" ve diğer medya raporlarına göre, 14 Mayıs'ta Samsung, Hyundai ile elektrikli araçlar geliştirmek ve Hyundai elektrikli araçları için güç pilleri ve diğer bağlı araba parçaları sağlamak için Hyundai ile işbirliği yapmayı planlıyor. Medya, Samsung ve Hyundai'nin yakında pil tedariki konusunda bağlayıcı olmayan bir mutabakat anlaşması imzalayacaklarını tahmin ediyor. Samsung'un en yeni katı hal pilini Hyundai'ye tanıttığı bildiriliyor.

Samsung'a göre, prototip pili tamamen şarj olduğunda, bir elektrikli otomobilin 800 kattan fazla pil ömrü ile bir seferde 1,000 kilometreden fazla yol kat etmesine izin verebilir. Hacmi, aynı kapasitedeki bir lityum iyon pilden %50 daha küçüktür. Bu nedenle katı hal piller, önümüzdeki on yıl içinde elektrikli araçlar için en uygun güç pilleri olarak kabul ediliyor.

Mart 2020'nin başlarında, Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) ve Samsung Japonya Araştırma Merkezi (SRJ), "Nature Energy" dergisinde "Gümüş ile etkinleştirilen yüksek enerjili, uzun döngülü, tamamen katı hal lityum metal piller" yayınladı. -Karbon kompozit anotlar" katı hal piller alanındaki en son gelişmelerini tanıttı.

Bu pil, yüksek sıcaklıklarda yanıcı olmayan ve delinme kısa devrelerini önlemek için lityum dendritlerin büyümesini engelleyebilen katı bir elektrolit kullanır. Ayrıca, anot olarak, enerji yoğunluğunu 900Wh/L'ye çıkarabilen, 1000 döngüden fazla uzun çevrim ömrüne ve çok yüksek bir kulombik verime (şarj) sahip bir gümüş-karbon (Ag-C) kompozit tabakası kullanır. ve deşarj verimliliği) %99.8'dir. Tek bir ödemeden sonra pili çalıştırabilir. Araç 800 km yol kat etti.

Ancak, makaleyi yayınlayan SAIT ve SRJ, teknolojiye odaklanan Samsung SDI'dan ziyade bilimsel araştırma kurumlarıdır. Makale yalnızca yeni pilin ilkesini, yapısını ve performansını açıklamaktadır. Pilin henüz laboratuvar aşamasında olduğu ve kısa sürede seri üretiminin zor olacağı ön değerlendirmeye alındı.

Katı hal piller ile geleneksel sıvı lityum iyon piller arasındaki fark, elektrolitler ve ayırıcılar yerine katı elektrolitlerin kullanılmasıdır. Lityum interkalasyonlu grafit anotların kullanılması gerekli değildir. Bunun yerine, anot malzemelerinin sayısını azaltan anot olarak metal lityum kullanılır. Daha yüksek vücut enerji yoğunluğuna (>350Wh/kg) ve daha uzun ömürlü (>5000 döngü) ve ayrıca özel işlevlere (esneklik gibi) ve diğer gereksinimlere sahip güç pilleri.

Yeni sistem pilleri, katı hal pilleri, lityum akış pilleri ve metal hava pillerini içerir. Üç katı hal pilin avantajları vardır. Polimer elektrolitler organik elektrolitlerdir ve oksitler ve sülfürler inorganik seramik elektrolitlerdir.

Küresel katı hal pil şirketlerine bakıldığında, start-up'lar var ve uluslararası üreticiler de var. Firmalar farklı inançlarla elektrolit sisteminde yalnızdır ve teknoloji akışı veya entegrasyon trendi yoktur. Halihazırda bazı teknik rotalar sanayileşme koşullarına yakın olup, katı hal pillerin otomasyonuna giden yol devam etmektedir.

Avrupalı ​​ve Amerikalı firmalar polimer ve oksit sistemlerini tercih ediyor. Fransız şirketi Bolloré, polimer bazlı katı hal pillerin ticarileştirilmesine öncülük etti. Aralık 2011'de, 30kwh katı hal polimer piller + elektrikli çift katmanlı kapasitörler ile çalışan elektrikli araçları, dünyada ilk kez paylaşılan otomobil pazarına girdi. EV'ler için ticari katı hal piller.

Bir ince film oksit katı hal pil üreticisi olan Sakti3, 2015 yılında İngiliz ev aletleri devi Dyson tarafından satın alındı. İnce film hazırlama maliyetine ve büyük ölçekli üretimin zorluğuna tabidir ve kitlesel olarak olmamıştır. Uzun süredir üretim ürünü.

Maxwell'in katı hal piller için planı, önce küçük pil pazarına girmek, bunları 2020'de seri üretmek ve 2022'de enerji depolama alanında kullanmaktır. Hızlı ticari uygulama adına Maxwell önce yarı yarıya denemeyi düşünebilir. kısa vadede katı piller. Yine de yarı katı piller daha pahalıdır ve öncelikle belirli talep alanlarında kullanılır, bu da büyük ölçekli uygulamaları zorlaştırır.

İnce film olmayan oksit ürünleri mükemmel bir genel performansa sahiptir ve şu anda geliştirme aşamasında popülerdir. Hem Tayvan Huineng hem de Jiangsu Qingdao bu pistte tanınmış oyuncular.

Japon ve Koreli şirketler, sülfür sisteminin sanayileşme sorunlarını çözme konusunda daha kararlılar. Toyota ve Samsung gibi temsilci şirketler dağıtımlarını hızlandırdı. Sülfürlü katı hal piller (lityum-kükürt piller), yüksek enerji yoğunlukları ve düşük maliyetleri nedeniyle muazzam bir gelişme potansiyeline sahiptir. Bunlar arasında Toyota'nın teknolojisi en gelişmiş olanıdır. Amper seviyesi Demo pilleri ve elektrokimyasal performansı piyasaya sürdü. Aynı zamanda, daha büyük bir pil takımı hazırlamak için elektrolit olarak daha yüksek oda sıcaklığı iletkenliğine sahip LGPS'yi de kullandılar.

Japonya ülke çapında bir araştırma ve geliştirme programı başlattı. En umut verici ittifak Toyota ve Panasonic'tir (Toyota'nın katı hal pillerinin geliştirilmesinde yer alan yaklaşık 300 mühendisi vardır). Beş yıl içinde katı hal pillerini ticarileştireceğini söyledi.

Toyota ve NEDO tarafından geliştirilen tamamen katı hal pillerinin ticarileştirme planı, mevcut LIB iyimser ve zararlı malzemeleri kullanarak tamamen katı hal pillerin (birinci nesil piller) geliştirilmesiyle başlar. Bundan sonra, enerji yoğunluğunu artırmak için yeni pozitif ve negatif malzemeler kullanacaktır (yeni nesil piller). Toyota'nın 2022'de katı hal elektrikli araçların prototiplerini üretmesi bekleniyor ve 2025'te bazı modellerinde katı hal pilleri kullanacak. 2030'da, seri üretim uygulamalarına ulaşmak için enerji yoğunluğu 500Wh/kg'a ulaşabilir.

Patentler açısından bakıldığında, katı hal lityum piller için ilk 20 patent başvurusunda bulunanlar arasında Japon şirketleri 11. sırada yer aldı. İlk 1,709 şirket, Japonya'da 2.2 ve Güney Kore'de 10 olmak üzere, hepsi Japon ve Güney Korelidir.

Patent sahiplerinin küresel patent düzeni açısından Japonya, Amerika Birleşik Devletleri, Çin, Güney Kore ve Avrupa kilit ülkeler veya bölgelerdir. Yerel başvurulara ek olarak, Toyota, toplam patent başvurularının sırasıyla %14.7'sini ve %12.9'unu oluşturan ABD ve Çin'deki en önemli başvuru sayısına sahiptir.

Ülkemde katı hal pillerinin sanayileşmesi de sürekli araştırılıyor. Çin'in teknik rota planına göre, 2020'de kademeli olarak katı elektrolit, yüksek spesifik enerjili katot malzeme sentezi ve üç boyutlu çerçeve yapısı lityum alaşımlı yapı teknolojisini gerçekleştirecek. 300Wh/kg küçük kapasiteli tek pil numune üretimini tanıyacaktır. 2025 yılında, katı hal pil arayüzü kontrol teknolojisi, 400Wh/kg büyük kapasiteli tekli pil numunesi ve grup teknolojisini gerçekleştirecek. Katı hal pillerin ve lityum-kükürt pillerin 2030'da seri üretilip tanıtılması bekleniyor.

CATL'nin halka arz fon toplama projesindeki yeni nesil piller, katı hal pillerini içeriyor. NE Times raporlarına göre, CATL en az 2025 yılına kadar katı hal pillerin seri üretimini gerçekleştirmeyi bekliyor.

Genel olarak bakıldığında, polimer sistem teknolojisi en olgun olanıdır ve ilk EV seviyesindeki ürün doğmuştur. Kavramsal ve ileriye dönük doğası, geç kalanlar tarafından araştırma ve geliştirmeye yapılan yatırımın hızlanmasını tetikledi, ancak performansın üst sınırı büyümeyi kısıtlıyor ve inorganik katı elektrolitlerle birleştirmek gelecekte olası bir çözüm olacak; oksidasyon; Malzeme sisteminde, ince film türlerinin geliştirilmesi, kapasite genişletme ve büyük ölçekli üretime odaklanmıştır ve mevcut araştırma ve geliştirmenin odak noktası olan film olmayan türlerin genel performansı daha iyidir; Sülfür sistemi, elektrikli araçlar alanında en umut verici katı hal pil sistemidir, ancak büyüme ve olgunlaşmamış teknoloji için muazzam bir alana sahip kutuplaşmış bir durumda, güvenlik sorunlarını ve arayüz sorunlarını çözmek geleceğin odak noktasıdır.

Katı hal pillerin karşılaştığı zorluklar başlıca şunları içerir:

• Maliyetleri azaltmak.
• Katı elektrolitlerin güvenliğini artırmak.
• Şarj ve deşarj sırasında elektrotlar ve elektrolitler arasındaki temasın korunması.

Lityum-kükürt piller, lityum-hava ve diğer sistemlerin tüm pil yapısı çerçevesini değiştirmesi gerekiyor ve giderek daha önemli sorunlar var. Katı hal pillerinin pozitif ve negatif elektrotları mevcut sistemi kullanmaya devam edebilir ve gerçekleştirme zorluğu nispeten küçüktür. Yeni nesil pil teknolojisi olarak, katı hal piller daha yüksek güvenlik ve enerji yoğunluğuna sahiptir ve lityum sonrası çağda tek yol olacaktır.