Napájecí baterie pro osvěžení průmyslu elektrických vozidel?

Japonský Nikkei Shimbun 9. prosince oznámil, že Toyota vyvíjí solid state baterii, která po nabití ujede 500 kilometrů a její plné nabití trvá 10 minut, tedy minimálně o dvě třetiny méně než tradiční elektrická vozidla. Očekává se, že Toyota se stane prvním světovým výrobcem vozidel s pevnými bateriemi v sériové výrobě a příští rok uvede na trh prototypy vozidel.

Kromě novinek od Toyoty vydala společnost QuantumScape, společně investovaná Volkswagenem a Billem Gatesem, také novou technologii solid state baterie, která dokáže nabít 80 % za 15 minut, zvýšit hustotu energie o 50 % a odolat širšímu dosahu teploty až -30 ℃. Volkswagen uvedl, že jeho cílem je mít do roku 2025 novou výrobní linku na baterie.

Jaký je tedy rozdíl mezi solid state baterií a tradiční baterií?

Tradiční lithiová baterie: skládá se z kladné elektrody, membrány a záporné elektrody a poté je naplněna elektrolytem.

Pevná baterie: Lithiová baterie používá pevný elektrolyt a materiál elektrolytu do značné míry určuje výkon lithiové baterie v pevné fázi.

Hlavní rozdíl mezi těmito dvěma je, že elektrolyt v polovodičové baterii je pevný, což znamená, že médium pro migraci iontů lithia mezi kladnou a zápornou elektrodou se mění z kapaliny na pevnou látku. Díky neustálému vylepšování katodových materiálů může pevný elektrolyt zajistit lepší koordinaci, což přispívá ke zlepšení hustoty energie bateriového systému.

Výhody polovodičové baterie.

Díky použití pevného elektrolytu ve srovnání s tradičními lithiovými bateriemi mají pevné baterie vlastnosti nespalování, odolnost vůči vysokým teplotám, nekorozi, nevytékání, nízké riziko požáru a vysokou hustotu energie.

Industrializace polovodičové baterie.

Pevná baterie je považována za poslední řešení úzkosti z hustoty energie baterie a její výdrže. Pevná baterie má mnoho výhod, ale nebyla široce používána kvůli vysoké ceně a nízké výrobní kapacitě.

Komercializace polovodičových baterií nemusí být tak rychlá, jak si lidé myslí. V roce 2019 Ningde Times uvedl, že se zavázal k vývoji všech polovodičových baterií a vyrobil vzorky, ale trvalo by 10 let, než by byly plně komercializovány, což znamená, že mají daleko k výrobě ve velkém měřítku.

Předpovídá se rozvrh aplikace polovodičové baterie.

-2021 bude inkubačním obdobím trhu s pevnými bateriemi. Bude prováděno příslušné plánování produktů, výzkum a vývoj a na trhu budou i nadále dominovat ternární baterie.

-V letech 2021-2025 vstoupí polovodičové baterie do počáteční fáze aplikace, přičemž hustota energie baterie dosáhne 300-500 Wh/kg, a malý počet špičkových elektrických vozidel bude vybaven polovodičovými bateriemi.

-Od roku 2025 do roku 2030 nebo ještě déle bude trh skutečně vyspělý, energetická hustota polovodičových baterií přesáhne 500 Wh/kg a velkovýroba bude skutečně populární.

Obecně platí, že všechny polovodičové baterie, zejména ty pro vysokoproudé aplikace, jako jsou automobily, jsou daleko od rozsahu industrializace a potřebují další modernizaci a kontrolu nákladů.

Proč někteří lidé říkají, že masová výroba se blíží, zatímco jiní říkají, že to bude trvat 10 let?

Jak možná tušíte, „solid state baterie“ v současnosti inzerované pro hromadnou výrobu nejsou všechny baterie v pevné fázi, ale polopevné baterie.

Polotuhé baterie mají obvykle pevný elektrolyt na jedné elektrodě a tekutý elektrolyt na druhé. Mnoho lidí experimentujících s polotuhými bateriemi je pro rychlé komerční použití. Například Toyota se zaměřila na vývoj všech pevných baterií pro tramvaje, ale říká, že postupně začne s „polopevnými“ bateriemi.

Když Ning De řekl, že výroba ve velkém potrvá 10 let, myslel tím všechny baterie v pevné fázi a to byl cíl.

Budou pevné baterie Toyota a QuantumScape představovat hrozbu pro startupy?

Z pohledu vývoje solid state baterie.

Inovaci technologie baterií v evropských a amerických zemích vedou především startupy. Protože malé podniky jsou odpovědné za inovace v evropských a amerických zemích a velké podniky řeší problémy s inovacemi prostřednictvím fúzí a akvizic, není třeba to rozsáhle zkoumat.

Japonsku dominují tradiční automobilové a strojní podniky, protože japonské tradiční podniky jsou velmi perspektivní a chtějí vyzkoušet jakoukoli novou technologii.

Čína vstoupila na pole polovodičových baterií poměrně pozdě. Domníváme se však, že polovodičové baterie nejsou tak působivé, jak média popisovala. I když je ve výzkumu a vývoji mezera 1-2 roky, nestačí to k převrácení pozice společnosti head power battery.

Za prvé, jakmile se lithiové baterie stanou hlavním proudem, budou se rychle zlepšovat. Současná tekutá verze, nebo se bude nadále zlepšovat, zvláště pokud dosáhnete 30% zlepšení každý rok, 5 let, 10 let, zlepšená účinnost baterie bude podobná jako u polovodičové baterie.

Za druhé, inovativní technologie polovodičových baterií lze snadno integrovat do podniků. Pevná baterie je také cestou lithiové baterie. Na cestě lithiové baterie mohou tyto vylepšené technologie snadno získat přední podniky. Pro průlom v nové technologii baterií je práh a riziko výstavby továrny velmi vysoké, takže mnoho lidí prodá technologii předním podnikům, které mohou rychle rozšířit rozsah. Relativní technologická mezera polovodičové baterie je malá a výhoda velké šarže je zjevně důležitější při komercializaci polovodičové baterie.