Maitinimo baterija elektrinių transporto priemonių pramonei atnaujinti?

Japonijos Nikkei Shimbun gruodžio 9 d. pranešė, kad „Toyota“ kuria kietojo kūno akumuliatorių, kurį įkrovus galima nuvažiuoti 500 kilometrų, o pilnai įkrauti užtrunka 10 minučių – mažiausiai dviem trečdaliais mažiau nei tradicinių elektrinių transporto priemonių. Tikimasi, kad „Toyota“ taps pirmuoju pasaulyje masinės gamybos kietojo kūno akumuliatoriais varomų transporto priemonių gamintoju, o kitais metais pristatys transporto priemonių prototipus.

Be „Toyota“ naujienų, „Volkswagen“ ir Billo Gateso bendrai investuota bendrovė „QuantumScape“ taip pat išleido naują kietojo kūno akumuliatoriaus technologiją, kuri gali įkrauti 80% per 15 minučių, padidinti energijos tankį 50% ir atlaikyti platesnį temperatūra, iki -30 ℃. „Volkswagen“ teigė, kad jos tikslas yra iki 2025 metų turėti naują akumuliatorių gamybos liniją.

Taigi, kuo skiriasi kietojo kūno akumuliatorius ir tradicinis akumuliatorius?

Tradicinė ličio baterija: ji sudaryta iš teigiamo elektrodo, diafragmos ir neigiamo elektrodo, o po to užpildyta elektrolitu.

Kietojo kūno akumuliatorius: ličio akumuliatoriuje naudojamas kietas elektrolitas, o elektrolito medžiaga daugiausia lemia kietojo kūno ličio akumuliatoriaus veikimą.

Pagrindinis skirtumas tarp šių dviejų yra tas, kad kietojo kūno akumuliatoriaus elektrolitas yra kietas, o tai reiškia, kad terpė ličio jonų migracijai tarp teigiamų ir neigiamų elektrodų keičiasi iš skysto į kietą. Nuolat atnaujinant katodo medžiagas, kietasis elektrolitas gali geriau koordinuoti, o tai padeda pagerinti akumuliatoriaus sistemos energijos tankį.

Kietojo kūno akumuliatoriaus pranašumai.

Dėl kieto elektrolito naudojimo, palyginti su tradicinėmis ličio baterijomis, kietosios baterijos pasižymi nedegimu, atsparumu aukštai temperatūrai, nekorozijai, nelakumui, maža gaisro rizika ir dideliu energijos tankiu.

Kietojo kūno akumuliatoriaus industrializavimas.

Kietojo kūno akumuliatorius laikomas paskutiniu baterijos energijos tankio ir ištvermės nerimo sprendimu. Kietojo kūno akumuliatorius turi daug privalumų, tačiau jis nebuvo plačiai naudojamas dėl savo brangumo ir mažo gamybos pajėgumo.

Kietojo kūno baterijų komercializavimas gali būti ne toks greitas, kaip žmonės galvoja. 2019 m. „Ningde Times“ teigė, kad yra įsipareigojusi kurti visas kietojo kūno baterijas ir yra pagaminusi pavyzdžius, tačiau prireiks 10 metų, kol jie bus visiškai komercializuoti, o tai reiškia, kad jie toli gražu nėra didelio masto gamyba.

Numatomas kietojo kūno akumuliatoriaus naudojimo grafikas.

-2021 m. bus kietojo kūno baterijų rinkos inkubacinis laikotarpis. Bus vykdomas atitinkamų produktų planavimas ir tyrimai bei plėtra, o rinkoje ir toliau dominuos trinarės baterijos.

-Nuo 2021–2025 m. kietojo kūno akumuliatoriai pateks į pradinį naudojimo etapą, kai akumuliatoriaus energijos tankis sieks 300–500 Wh/kg, o nedidelė dalis aukščiausios klasės elektromobilių bus aprūpinti kietojo kūno akumuliatoriais.

-Nuo 2025 iki 2030 ar net ilgiau rinka bus tikrai subrendusi, kietojo kūno baterijų energijos tankis viršys 500Wh/kg, o stambaus masto gamyba bus tikrai populiari.

Apskritai visos kietojo kūno baterijos, ypač skirtos didelės srovės naudojimui, pavyzdžiui, automobiliams, yra toli nuo industrializacijos masto, todėl jas reikia toliau tobulinti ir kontroliuoti išlaidas.

Kodėl kai kurie žmonės sako, kad masinė gamyba neišvengiama, o kiti sako, kad tai užtruks 10 metų?

Kaip jau galima spėti, šiuo metu masinei gamybai reklamuojamos „kietojo kūno baterijos“ yra ne visos kietojo kūno, o pusiau kietojo kūno baterijos.

Pusiau kietos baterijos paprastai turi kietą elektrolitą ant vieno elektrodo ir skysto elektrolito ant kito. Daugelis žmonių, eksperimentuojančių su pusiau kietomis baterijomis, yra skirti greitam komerciniam naudojimui. Pavyzdžiui, „Toyota“ užsibrėžė tikslą sukurti visus kietus tramvajų akumuliatorius, tačiau teigia, kad palaipsniui pradės nuo „pusiau kietų“ akumuliatorių.

Kai Ning De pasakė, kad didelio masto gamybai prireiks 10 metų, jis turėjo omenyje visas kietojo kūno baterijas, ir toks buvo tikslas.

Ar „Toyota“ ir „QuantumScape“ kietojo kūno akumuliatoriai kels grėsmę startuoliams?

Kietojo kūno baterijų kūrimo požiūriu.

Baterijų technologijų naujovėms Europos ir Amerikos šalyse daugiausia vadovauja startuoliai. Kadangi mažos įmonės yra atsakingos už inovacijas Europos ir Amerikos šalyse, o didelės įmonės inovacijų problemas sprendžia per susijungimus ir įsigijimus, nereikia daug tyrinėti.

Japonijoje dominuoja tradicinės automobilių ir mašinų gamybos įmonės, nes tradicinės Japonijos įmonės yra labai perspektyvios ir nori išbandyti bet kokią naują technologiją.

Kinija į kietojo kūno baterijų sritį pateko palyginti vėlai. Tačiau manome, kad kietojo kūno akumuliatoriai nėra tokie įspūdingi, kaip aprašyta žiniasklaidoje. Net jei tyrime ir plėtroje yra 1-2 metų tarpas, neužtenka apversti galvos maitinimo akumuliatorių įmonės poziciją.

Pirma, kai ličio baterijos taps populiarios, jos greitai tobulės. Dabartinė skysta versija, arba, toliau tobulės, ypač jei kasmet pagerinsite 30%, 5 metus, 10 metų, pagerėjęs akumuliatoriaus efektyvumas bus panašus į kietojo kūno akumuliatoriaus.

Antra, naujoviškos kietojo kūno baterijų technologijos gali būti lengvai integruotos į įmones. Kietojo kūno akumuliatorius taip pat yra ličio akumuliatoriaus kelias. Ličio baterijų kelyje šias patobulintas technologijas gali lengvai surinkti pirmaujančios įmonės. Naujos baterijų technologijos proveržiui gamyklos statybos slenkstis ir rizika yra labai dideli, todėl daugelis žmonių parduos technologiją pirmaujančioms įmonėms, kurios gali greitai išplėsti mastą. Santykinis kietojo kūno akumuliatoriaus technologijų atotrūkis yra mažas, o didelės partijos pranašumas akivaizdžiai svarbesnis komercializuojant kietojo kūno akumuliatorių.