ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरू: अर्को पुस्ताको ब्याट्री मार्ग

ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरू: अर्को पुस्ताको ब्याट्री मार्ग

मे १४ मा, "द कोरिया टाइम्स" र अन्य मिडिया रिपोर्टहरूका अनुसार, सामसुङले हुन्डाईसँग विद्युतीय सवारी साधनहरू विकास गर्न र हुण्डाई विद्युतीय सवारीका लागि पावर ब्याट्री र अन्य जडान भएका कार पार्ट्स उपलब्ध गराउने योजना बनाएको छ। मिडियाले भविष्यवाणी गरेको छ कि सामसुङ र हुन्डाईले चाँडै ब्याट्री आपूर्तिमा गैर-बाध्यकारी ज्ञापनपत्रमा हस्ताक्षर गर्नेछन्। यो रिपोर्ट गरिएको छ कि सामसुङले हुन्डाईमा आफ्नो नवीनतम ठोस-स्टेट ब्याट्री प्रस्तुत गर्यो।

सामसुङका अनुसार, जब यसको प्रोटोटाइप ब्याट्री पूर्ण रूपमा चार्ज हुन्छ, यसले विद्युतीय कारलाई एक पटकमा ८०० किलोमिटरभन्दा बढी चलाउन अनुमति दिन्छ, जसको ब्याट्री साइकल १,००० पटकभन्दा बढी हुन्छ। यसको भोल्युम समान क्षमताको लिथियम-आयन ब्याट्री भन्दा 800% सानो छ। यस कारणले, ठोस राज्य ब्याट्रीहरू आगामी दस वर्षमा विद्युतीय सवारीका लागि सबैभन्दा उपयुक्त पावर ब्याट्रीहरू मानिन्छ।

मार्च २०२० को शुरुमा, Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) र Samsung Research Centre of Japan (SRJ) ले "Nature Energy" पत्रिकामा "चाँदीद्वारा सक्षम उच्च-ऊर्जा लामो-साइकलिंग सबै-ठोस-स्टेट लिथियम धातु ब्याट्रीहरू" प्रकाशित गर्‍यो। -कार्बन कम्पोजिट एनोड्स" ले ठोस-राज्य ब्याट्रीको क्षेत्रमा आफ्नो नवीनतम विकास पेश गर्यो।

यो ब्याट्रीले ठोस इलेक्ट्रोलाइट प्रयोग गर्दछ, जुन उच्च तापक्रममा ज्वलनशील हुँदैन र पञ्चर सर्ट सर्किटबाट बच्न लिथियम डेन्ड्राइटको वृद्धिलाई पनि रोक्न सक्छ। थप रूपमा, यसले एनोडको रूपमा चाँदी-कार्बन (Ag-C) कम्पोजिट तह प्रयोग गर्दछ, जसले ऊर्जा घनत्वलाई 900Wh/L मा बढाउन सक्छ, 1000 भन्दा बढी चक्रहरूको लामो चक्र जीवन, र धेरै उच्च कूलम्बिक दक्षता (चार्ज) छ। र डिस्चार्ज दक्षता) 99.8%। यसले एकल भुक्तानी पछि ब्याट्री चलाउन सक्छ। कारले 800 किलोमिटर यात्रा गर्यो।

यद्यपि, पेपर प्रकाशित गर्ने SAIT र SRJ Samsung SDI भन्दा वैज्ञानिक अनुसन्धान संस्थाहरू हुन्, जसले प्रविधिमा केन्द्रित छन्। लेखले नयाँ ब्याट्रीको सिद्धान्त, संरचना र कार्यसम्पादनलाई मात्र स्पष्ट पार्छ। ब्याट्री अझै प्रयोगशाला चरणमा छ र छोटो अवधिमा ठूलो मात्रामा उत्पादन गर्न गाह्रो हुने प्रारम्भिक अनुमान छ।

ठोस-राज्य ब्याट्रीहरू र परम्परागत तरल लिथियम-आयन ब्याट्रीहरू बीचको भिन्नता भनेको इलेक्ट्रोलाइटहरू र विभाजकहरूको सट्टा ठोस इलेक्ट्रोलाइटहरू प्रयोग गरिन्छ। लिथियम-इन्टरकेटेड ग्रेफाइट एनोडहरू प्रयोग गर्न आवश्यक छैन। यसको सट्टा, धातु लिथियम एनोडको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जसले एनोड सामग्रीहरूको संख्या घटाउँछ। उच्च शरीर ऊर्जा घनत्व (>350Wh/kg) र लामो जीवन (>5000 चक्र), साथै विशेष प्रकार्यहरू (जस्तै लचिलोपन) र अन्य आवश्यकताहरू भएका पावर ब्याट्रीहरू।

नयाँ प्रणाली ब्याट्रीहरूमा ठोस-राज्य ब्याट्रीहरू, लिथियम प्रवाह ब्याट्रीहरू, र धातु-एयर ब्याट्रीहरू समावेश छन्। तीनवटा ठोस-राज्य ब्याट्रीहरूमा तिनीहरूको फाइदाहरू छन्। पोलिमर इलेक्ट्रोलाइटहरू जैविक इलेक्ट्रोलाइटहरू हुन्, र अक्साइडहरू र सल्फाइडहरू अकार्बनिक सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइटहरू हुन्।

विश्वव्यापी ठोस-राज्य ब्याट्री कम्पनीहरूलाई हेर्दा, त्यहाँ स्टार्ट-अपहरू छन्, र त्यहाँ अन्तर्राष्ट्रिय निर्माताहरू पनि छन्। कम्पनीहरू इलेक्ट्रोलाइट प्रणालीमा विभिन्न विश्वासका साथ एक्लै छन्, र त्यहाँ प्रविधि प्रवाह वा एकीकरणको कुनै प्रवृत्ति छैन। हाल, केही प्राविधिक मार्गहरू औद्योगिकीकरणको अवस्थाको नजिक छन्, र ठोस-राज्य ब्याट्रीहरूको स्वचालनको लागि सडक प्रगतिमा छ।

युरोपेली र अमेरिकी कम्पनीहरूले पोलिमर र अक्साइड प्रणालीहरू रुचाउँछन्। फ्रान्सेली कम्पनी बोलोरेले पोलिमर-आधारित ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरूको व्यापारीकरणमा नेतृत्व लियो। डिसेम्बर 2011 मा, 30kwh ठोस-स्टेट पोलिमर ब्याट्रीहरू + इलेक्ट्रिक डबल-लेयर क्यापेसिटरहरूद्वारा संचालित यसका इलेक्ट्रिक सवारीहरू साझा कार बजारमा प्रवेश गरे, जुन संसारमा पहिलो पटक थियो। EVs को लागि व्यावसायिक ठोस राज्य ब्याट्री।

Sakti3, एक पातलो-फिल्म अक्साइड सॉलिड-स्टेट ब्याट्री निर्माता, 2015 मा ब्रिटिश गृह उपकरण विशाल Dyson द्वारा अधिग्रहण गरेको थियो। यो पातलो-फिल्म तयारी लागत र ठूलो मात्रामा उत्पादनको कठिनाईको विषय हो, र त्यहाँ कुनै ठूलो मात्रा भएको छैन। लामो समयको लागि उत्पादन उत्पादन।

सॉलिड-स्टेट ब्याट्रीहरूका लागि म्याक्सवेलको योजना पहिलो सानो ब्याट्री बजारमा प्रवेश गर्ने, २०२० मा ठूलो मात्रामा उत्पादन गर्ने र २०२२ मा ऊर्जा भण्डारणको क्षेत्रमा प्रयोग गर्ने हो। द्रुत व्यावसायिक अनुप्रयोगको खातिर, म्याक्सवेलले पहिलो पटक अर्ध-प्रयोग गर्ने विचार गर्न सक्छन्। छोटो अवधिमा ठोस ब्याट्रीहरू। अझै, अर्ध-ठोस ब्याट्रीहरू अधिक महँगो हुन्छन् र मुख्य रूपमा विशेष माग क्षेत्रमा प्रयोग गरिन्छ, ठूला-ठूला अनुप्रयोगहरू गाह्रो बनाउँदै।

गैर-पातलो-फिल्म अक्साइड उत्पादनहरूमा उत्कृष्ट समग्र प्रदर्शन छ र हाल विकासमा लोकप्रिय छन्। ताइवान हुइनेङ र जियाङसु छिङदाओ दुवै यस ट्र्याकका चर्चित खेलाडी हुन्।

जापानी र कोरियाली कम्पनीहरू सल्फाइड प्रणालीको औद्योगिकीकरण समस्याहरू समाधान गर्न थप प्रतिबद्ध छन्। टोयोटा र सामसुङ जस्ता प्रतिनिधि कम्पनीहरूले आफ्नो परिचालनलाई तीब्रता दिएका छन्। सल्फाइड सॉलिड-स्टेट ब्याट्रीहरू (लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरू) तिनीहरूको उच्च ऊर्जा घनत्व र कम लागतको कारणले ठूलो विकास क्षमता छ। तीमध्ये टोयोटाको प्रविधि सबैभन्दा अत्याधुनिक छ । यसले एम्पियर-स्तर डेमो ब्याट्री र इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन जारी गर्यो। एकै समयमा, तिनीहरूले ठूलो ब्याट्री प्याक तयार गर्न इलेक्ट्रोलाइटको रूपमा उच्च कोठाको तापक्रम चालकता भएको LGPS प्रयोग गरे।

जापानले राष्ट्रव्यापी अनुसन्धान र विकास कार्यक्रम सुरु गरेको छ। सबैभन्दा आशाजनक गठबन्धन टोयोटा र प्यानासोनिक हो (टोयोटासँग ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरू विकास गर्न लगभग 300 इन्जिनियरहरू संलग्न छन्)। यसले पाँच वर्षभित्र ठोस-स्टेट ब्याट्रीको व्यापारीकरण गर्ने बताएको छ।

टोयोटा र NEDO द्वारा विकसित सबै-ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरूको व्यावसायीकरण योजना अवस्थित LIB उत्साहित र हानिकारक सामग्रीहरू प्रयोग गरेर सबै-ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरू (पहिलो पुस्ताको ब्याट्रीहरू) विकास गरेर सुरु हुन्छ। त्यस पछि, यसले ऊर्जा घनत्व (अर्को पुस्ताको ब्याट्रीहरू) बढाउन नयाँ सकारात्मक र नकारात्मक सामग्रीहरू प्रयोग गर्नेछ। टोयोटाले 2022 मा ठोस-स्टेट इलेक्ट्रिक सवारी साधनहरूको प्रोटोटाइपहरू उत्पादन गर्ने अपेक्षा गरिएको छ, र यसले 2025 मा केही मोडेलहरूमा ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरू प्रयोग गर्नेछ। 2030 मा, ठूलो उत्पादन अनुप्रयोगहरू प्राप्त गर्न ऊर्जा घनत्व 500Wh/kg पुग्न सक्छ।

प्याटेन्टको परिप्रेक्ष्यमा, ठोस-स्टेट लिथियम ब्याट्रीहरूको लागि शीर्ष 20 प्याटेन्ट आवेदकहरू मध्ये, जापानी कम्पनीहरूले 11 को लागि योगदान दिए। टोयोटाले सबैभन्दा धेरै आवेदन गरेको थियो, दोस्रो Panasonic भन्दा 1,709 गुणा 2.2 पुग्यो। शीर्ष 10 कम्पनीहरू सबै जापानी र दक्षिण कोरियाली हुन्, जसमा 8 जापान र 2 दक्षिण कोरियाका छन्।

पेटेन्टीहरूको विश्वव्यापी पेटेन्ट लेआउटको परिप्रेक्ष्यमा, जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन, दक्षिण कोरिया र युरोप प्रमुख देश वा क्षेत्रहरू हुन्। स्थानीय अनुप्रयोगहरूका अतिरिक्त, टोयोटासँग संयुक्त राज्य अमेरिका र चीनमा सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण संख्यामा आवेदनहरू छन्, कुल प्याटेन्ट आवेदनहरूको क्रमशः १४.७% र १२.९%।

मेरो देशमा ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरूको औद्योगिकीकरण पनि निरन्तर अन्वेषण अन्तर्गत छ। चीनको प्राविधिक मार्ग योजना अनुसार २०२० मा यसले बिस्तारै ठोस इलेक्ट्रोलाइट, उच्च विशिष्ट ऊर्जा क्याथोड सामग्री संश्लेषण, र त्रि-आयामी फ्रेमवर्क संरचना लिथियम मिश्र धातु निर्माण प्रविधिको अनुभव गर्नेछ। यसले 2020Wh/kg सानो क्षमताको एकल ब्याट्री नमूना निर्माण पहिचान गर्नेछ। 300 मा, ठोस-स्टेट ब्याट्री इन्टरफेस नियन्त्रण प्रविधिले 2025Wh/kg ठूलो क्षमताको एकल ब्याट्री नमूना र समूह प्रविधि महसुस गर्नेछ। यो आशा गरिएको छ कि ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरू र लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरू 400 मा ठूलो मात्रामा उत्पादन र प्रचार गर्न सकिन्छ।

CATL को IPO कोष सङ्कलन परियोजनामा ​​अर्को पुस्ताका ब्याट्रीहरूमा ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरू समावेश छन्। NE टाइम्स रिपोर्ट अनुसार, CATL ले कम्तिमा 2025 सम्म ठोस-स्टेट ब्याट्रीहरूको ठूलो उत्पादन हासिल गर्ने अपेक्षा गरेको छ।

समग्रमा, पोलिमर प्रणाली प्रविधि सबैभन्दा परिपक्व छ, र पहिलो EV-स्तर उत्पादन जन्मिएको छ। यसको वैचारिक र अग्रगामी प्रकृतिले ढिलो आउनेहरू द्वारा अनुसन्धान र विकासमा लगानीको गतिलाई ट्रिगर गरेको छ, तर कार्यसम्पादनको माथिल्लो सीमाले वृद्धिलाई प्रतिबन्धित गर्दछ, र अकार्बनिक ठोस इलेक्ट्रोलाइटहरूसँग कम्पाउन्डिङ भविष्यमा सम्भावित समाधान हुनेछ; ओक्सीकरण; भौतिक प्रणालीमा, पातलो-फिल्म प्रकारहरूको विकास क्षमता विस्तार र ठूलो मात्रामा उत्पादनमा केन्द्रित छ, र गैर-फिल्म प्रकारहरूको समग्र प्रदर्शन राम्रो छ, जुन वर्तमान अनुसन्धान र विकासको फोकस हो; सल्फाइड प्रणाली विद्युतीय सवारीको क्षेत्रमा सबैभन्दा आशाजनक ठोस-स्टेट ब्याट्री प्रणाली हो, तर विकास र अपरिपक्व प्रविधिको लागि ठूलो कोठा भएको ध्रुवीकृत अवस्थामा, सुरक्षा समस्याहरू र इन्टरफेस समस्याहरू समाधान गर्नु भविष्यको केन्द्रबिन्दु हो।

ठोस-राज्य ब्याट्रीहरूले सामना गर्ने चुनौतीहरू मुख्य रूपमा समावेश छन्:

• लागत घटाउने।
• ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स को सुरक्षा सुधार।
• चार्जिङ र डिस्चार्ज गर्दा इलेक्ट्रोड र इलेक्ट्रोलाइटहरू बीचको सम्पर्क कायम गर्दै।

लिथियम-सल्फर ब्याट्रीहरू, लिथियम-एयर, र अन्य प्रणालीहरूले सम्पूर्ण ब्याट्री संरचना फ्रेम प्रतिस्थापन गर्न आवश्यक छ, र त्यहाँ अधिक र अधिक महत्त्वपूर्ण समस्याहरू छन्। ठोस-राज्य ब्याट्रीहरूको सकारात्मक र नकारात्मक इलेक्ट्रोडहरू हालको प्रणाली प्रयोग गर्न जारी राख्न सक्छ, र प्राप्तिको कठिनाई अपेक्षाकृत सानो छ। अर्को पुस्ताको ब्याट्री प्रविधिको रूपमा, ठोस-राज्य ब्याट्रीहरूमा उच्च सुरक्षा र ऊर्जा घनत्व हुन्छ र पोस्ट-लिथियम युगमा एक मात्र तरिका बन्नेछ।