Պինդ վիճակում մարտկոցներ. հաջորդ սերնդի մարտկոցների երթուղին

Պինդ վիճակում մարտկոցներ. հաջորդ սերնդի մարտկոցների երթուղին

Մայիսի 14-ին, ըստ «The Korea Times»-ի և այլ լրատվամիջոցների հաղորդագրությունների, Samsung-ը նախատեսում է համագործակցել Hyundai-ի հետ՝ էլեկտրական մեքենաներ մշակելու և Hyundai էլեկտրական մեքենաների համար էլեկտրական մարտկոցներ և միացված մեքենաների այլ մասեր տրամադրելու համար: Լրատվամիջոցները կանխատեսում են, որ Samsung-ը և Hyundai-ն շուտով կստորագրեն փոխըմբռնման ոչ պարտադիր հուշագիր մարտկոցների մատակարարման վերաբերյալ։ Հաղորդվում է, որ Samsung-ը Hyundai-ին ներկայացրել է իր վերջին պինդ վիճակի մարտկոցը։

Ըստ Samsung-ի, երբ իր մարտկոցի նախատիպը լիովին լիցքավորվի, այն կարող է թույլ տալ էլեկտրական մեքենան միաժամանակ վարել ավելի քան 800 կիլոմետր, իսկ մարտկոցի ցիկլը ավելի քան 1,000 անգամ է: Դրա ծավալը 50%-ով փոքր է նույն հզորությամբ լիթիում-իոնային մարտկոցից։ Այդ իսկ պատճառով, պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցները համարվում են էլեկտրական մեքենաների համար առաջիկա տասը տարում ամենահարմար էներգիայի մարտկոցները:

2020 թվականի մարտի սկզբին Samsung Ընդլայնված ուսումնասիրությունների ինստիտուտը (SAIT) և Ճապոնիայի Samsung գիտահետազոտական ​​կենտրոնը (SRJ) հրապարակեցին «Բարձր էներգիայի երկարատև հեծանվով լիթիումի մետաղական մարտկոցներ, որոնք միացված են արծաթով» «Nature Energy» ամսագրում։ -Ածխածնային կոմպոզիտային անոդները» ներկայացրել են իրենց վերջին զարգացումը պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների ոլորտում։

Այս մարտկոցը օգտագործում է պինդ էլեկտրոլիտ, որը դյուրավառ չէ բարձր ջերմաստիճանում և կարող է նաև արգելակել լիթիումի դենդրիտների աճը՝ կարճ միացումից խուսափելու համար: Բացի այդ, այն որպես անոդ օգտագործում է արծաթ-ածխածնային (Ag-C) կոմպոզիտային շերտ, որը կարող է բարձրացնել էներգիայի խտությունը մինչև 900Wh/L, ունի երկար ցիկլի կյանք՝ ավելի քան 1000 ցիկլ և շատ բարձր կուլոմբիական արդյունավետություն (լիցքավորում): և լիցքաթափման արդյունավետությունը) 99.8%: Այն կարող է վարել մարտկոցը մեկ վճարումից հետո: Մեքենան անցել է 800 կիլոմետր։

Այնուամենայնիվ, SAIT-ը և SRJ-ը, որոնք հրապարակել են հոդվածը, ավելի շուտ գիտահետազոտական ​​հաստատություններ են, քան Samsung SDI-ն, որը կենտրոնանում է տեխնոլոգիայի վրա: Հոդվածը միայն պարզաբանում է նոր մարտկոցի սկզբունքը, կառուցվածքը և կատարումը: Նախնական գնահատականով, մարտկոցը դեռ լաբորատոր փուլում է և կարճ ժամանակահատվածում դժվար կլինի զանգվածային արտադրել։

Պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների և ավանդական հեղուկ լիթիում-իոնային մարտկոցների տարբերությունն այն է, որ էլեկտրոլիտների և անջատիչների փոխարեն օգտագործվում են պինդ էլեկտրոլիտներ: Անհրաժեշտ չէ օգտագործել լիթիումի միջերեսային գրաֆիտային անոդներ: Փոխարենը որպես անոդ օգտագործվում է մետաղական լիթիումը, որը նվազեցնում է անոդային նյութերի քանակը։ Էլեկտրաէներգիայի մարտկոցներ՝ մարմնի ավելի բարձր էներգիայի խտությամբ (>350 Վտժ/կգ) և ավելի երկար կյանք (>5000 ցիկլ), ինչպես նաև հատուկ գործառույթներով (օրինակ՝ ճկունություն) և այլ պահանջներ:

Համակարգի նոր մարտկոցները ներառում են պինդ վիճակի մարտկոցներ, լիթիումի հոսքի մարտկոցներ և մետաղական օդային մարտկոցներ: Երեք պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցներն ունեն իրենց առավելությունները. Պոլիմերային էլեկտրոլիտները օրգանական էլեկտրոլիտներ են, իսկ օքսիդներն ու սուլֆիդները՝ անօրգանական կերամիկական էլեկտրոլիտներ։

Նայելով համաշխարհային պինդ վիճակի մարտկոցների ընկերություններին, կան նորաստեղծ ձեռնարկություններ, կան նաև միջազգային արտադրողներ: Ընկերությունները միայնակ են էլեկտրոլիտային համակարգում՝ տարբեր համոզմունքներով, և տեխնոլոգիաների հոսքի կամ ինտեգրման միտում չկա: Ներկայումս որոշ տեխնիկական երթուղիներ մոտ են ինդուստրացման պայմաններին, իսկ պինդ մարտկոցների ավտոմատացման ճանապարհն ընթացքի մեջ է։

Եվրոպական և ամերիկյան ընկերությունները նախընտրում են պոլիմերային և օքսիդային համակարգեր: Ֆրանսիական Bolloré ընկերությունը առաջատար դիրք է գրավել պոլիմերային հիմքով պինդ վիճակում մարտկոցների առևտրայնացման գործում: 2011 թվականի դեկտեմբերին 30 կվտ/ժ հզորությամբ պինդ վիճակի պոլիմերային մարտկոցներով + էլեկտրական երկշերտ կոնդենսատորներով աշխատող էլեկտրական մեքենաները մտան ընդհանուր մեքենաների շուկա, որն առաջին անգամն էր աշխարհում: Կոշտ վիճակի կոմերցիոն մարտկոցներ EV-ների համար:

Sakti3-ը, որը բարակ թաղանթով օքսիդ պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցներ արտադրող, ձեռք է բերվել բրիտանական կենցաղային տեխնիկայի հսկա Dyson-ի կողմից 2015 թվականին: Այն ենթակա է բարակ թաղանթի պատրաստման ծախսերի և լայնածավալ արտադրության դժվարություններին, և զանգվածային չի եղել: արտադրական արտադրանքը երկար ժամանակ.

Պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների Maxwell-ի ծրագիրն է նախ մուտք գործել փոքր մարտկոցների շուկա, դրանք մասսայական արտադրել 2020 թվականին և օգտագործել դրանք էներգիայի պահպանման ոլորտում 2022 թվականին: Հանուն արագ առևտրային կիրառման, Մաքսվելը կարող է նախ քննարկել կիսամյակային փորձարկումները: ամուր մարտկոցներ կարճաժամկետում: Այնուամենայնիվ, կիսապինդ մարտկոցները ավելի թանկ են և հիմնականում օգտագործվում են որոշակի պահանջարկի ոլորտներում, ինչը դժվարացնում է լայնածավալ կիրառությունները:

Ոչ բարակ թաղանթով օքսիդային արտադրանքները ունեն գերազանց ընդհանուր արդյունավետություն և ներկայումս հայտնի են մշակման մեջ: Ե՛վ Թայվան Հուինենգը, և՛ Ցզյանսու Ցինդաոն այս ուղու հայտնի խաղացողներ են:

Ճապոնական և կորեական ընկերությունները ավելի շատ են տրամադրված սուլֆիդային համակարգի ինդուստրացման խնդիրների լուծմանը։ Ներկայացուցիչ ընկերությունները, ինչպիսիք են Toyota-ն և Samsung-ը, արագացրել են իրենց տեղակայումը: Սուլֆիդային պինդ վիճակում մարտկոցները (լիթիում-ծծմբային մարտկոցներ) ունեն զարգացման հսկայական ներուժ՝ շնորհիվ իրենց բարձր էներգիայի խտության և ցածր գնի: Դրանց թվում Toyota-ի տեխնոլոգիան ամենաառաջադեմն է։ Այն թողարկեց ամպերի մակարդակի Դեմո մարտկոցներ և էլեկտրաքիմիական կատարում: Միևնույն ժամանակ, նրանք նաև օգտագործել են LGPS՝ սենյակային ջերմաստիճանի ավելի բարձր հաղորդունակությամբ, որպես էլեկտրոլիտ՝ ավելի մեծ մարտկոց պատրաստելու համար:

Ճապոնիան սկսել է հետազոտությունների և զարգացման համազգային ծրագիր: Ամենահեռանկարային դաշինքը Toyota-ն և Panasonic-ն են (Toyota-ն ունի մոտ 300 ինժեներ, որոնք ներգրավված են պինդ մարտկոցների մշակման մեջ): Նա ասաց, որ հինգ տարվա ընթացքում կվաճառի պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցները:

Toyota-ի և NEDO-ի կողմից մշակված ամբողջովին պինդ մարտկոցների առևտրայնացման պլանը սկսվում է ամբողջովին պինդ մարտկոցների (առաջին սերնդի մարտկոցների) մշակմամբ՝ օգտագործելով գոյություն ունեցող LIB-ի լավատեսական և վնասակար նյութերը: Դրանից հետո էներգիայի խտությունը բարձրացնելու համար այն կօգտագործի նոր դրական և բացասական նյութեր (հաջորդ սերնդի մարտկոցներ): Ակնկալվում է, որ Toyota-ն 2022 թվականին կարտադրի պինդ վիճակում գտնվող էլեկտրական մեքենաների նախատիպերը, իսկ 2025 թվականին որոշ մոդելներում կօգտագործի պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցներ: 2030 թվականին էներգիայի խտությունը կարող է հասնել 500Wh/kg՝ զանգվածային արտադրության կիրառման հասնելու համար:

Արտոնագրերի տեսանկյունից՝ պինդ վիճակում գտնվող լիթիումային մարտկոցների արտոնագրման լավագույն 20 դիմորդների թվում ճապոնական ընկերություններին բաժին է ընկել 11-ը: Ամենաշատը դիմել է Toyota-ն՝ հասնելով 1,709-ի, ինչը 2.2 անգամ գերազանցում է երկրորդ Panasonic-ին: Լավագույն 10 ընկերությունները բոլորը ճապոնական և հարավկորեական են, այդ թվում՝ 8-ը՝ Ճապոնիայում և 2-ը՝ Հարավային Կորեայում:

Արտոնագրողների գլոբալ արտոնագրերի դասավորության տեսանկյունից Ճապոնիան, Միացյալ Նահանգները, Չինաստանը, Հարավային Կորեան և Եվրոպան հիմնական երկրներն ու տարածաշրջաններն են: Բացի տեղական հայտերից, Toyota-ն ունի ամենազգալի թվով հայտերը ԱՄՆ-ում և Չինաստանում, որոնք կազմում են արտոնագրային հայտերի ընդհանուր 14.7%-ը և 12.9%-ը:

Իմ երկրում պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների արդյունաբերականացումը նույնպես մշտական ​​հետազոտության տակ է: Չինաստանի տեխնիկական երթուղու պլանի համաձայն՝ 2020 թվականին այն աստիճանաբար կիրականացնի պինդ էլեկտրոլիտի, բարձր հատուկ էներգիայի կաթոդի նյութի սինթեզը և եռաչափ շրջանակի կառուցվածքի լիթիումային խառնուրդի կառուցման տեխնոլոգիան: Այն կճանաչի 300Wh/kg փոքր հզորությամբ մեկ մարտկոցի նմուշի արտադրություն: 2025 թվականին պինդ վիճակի մարտկոցի միջերեսի կառավարման տեխնոլոգիան կիրականացնի 400Wh/kg մեծ հզորությամբ մեկ մարտկոցի նմուշ և խմբային տեխնոլոգիա: Ակնկալվում է, որ պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցները և լիթիում-ծծմբային մարտկոցները կարող են զանգվածային արտադրություն և առաջխաղացում 2030 թվականին:

CATL-ի IPO դրամահավաք նախագծում հաջորդ սերնդի մարտկոցները ներառում են պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցներ: Ըստ NE Times-ի զեկույցների, CATL-ն ակնկալում է հասնել պինդ վիճակում մարտկոցների զանգվածային արտադրության առնվազն մինչև 2025 թվականը:

Ընդհանուր առմամբ, պոլիմերային համակարգի տեխնոլոգիան ամենահասունն է, և ծնվում է առաջին EV մակարդակի արտադրանքը: Դրա հայեցակարգային և հեռանկարային բնույթը խթանել է ուշ եկածների կողմից հետազոտությունների և զարգացման մեջ ներդրումների արագացումը, սակայն կատարողականի վերին սահմանը սահմանափակում է աճը, և անօրգանական պինդ էլեկտրոլիտների հետ միաձուլումը ապագայում հնարավոր լուծում կլինի: օքսիդացում; Նյութական համակարգում բարակ թաղանթային տեսակների զարգացումը կենտրոնացած է հզորությունների ընդլայնման և լայնածավալ արտադրության վրա, իսկ ոչ ֆիլմերի տեսակների ընդհանուր կատարումն ավելի լավն է, ինչը ներկա հետազոտության և զարգացման ուշադրության կենտրոնում է. Սուլֆիդային համակարգը էլեկտրական մեքենաների ոլորտում պինդ վիճակի մարտկոցների ամենահեռանկարային համակարգն է, բայց բևեռացված իրավիճակում, որն ունի աճի հսկայական տարածք և ոչ հասուն տեխնոլոգիաներ, անվտանգության և ինտերֆեյսի խնդիրների լուծումը ապագայի ուշադրության կենտրոնում է:

Պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների առջեւ ծառացած մարտահրավերները հիմնականում ներառում են.

• Ծախսերի կրճատում.
• Պինդ էլեկտրոլիտների անվտանգության բարելավում:
• Էլեկտրոդների և էլեկտրոլիտների միջև կապի պահպանում լիցքավորման և լիցքաթափման ժամանակ:

Լիթիում-ծծմբային մարտկոցները, լիթիում-օդը և այլ համակարգերը պետք է փոխարինեն մարտկոցի կառուցվածքի ամբողջ շրջանակը, և ավելի ու ավելի էական խնդիրներ կան: Պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների դրական և բացասական էլեկտրոդները կարող են շարունակել օգտագործել ներկայիս համակարգը, և իրականացման դժվարությունը համեմատաբար փոքր է: Որպես հաջորդ սերնդի մարտկոցների տեխնոլոգիա՝ պինդ վիճակի մարտկոցներն ունեն ավելի բարձր անվտանգություն և էներգիայի խտություն և կդառնան միակ ճանապարհը հետլիթիումային դարաշրջանում: