Pojava litijumskih baterije sa sobnim stanjem potpuno je prepisana percepcija industrije da "tečni elektrolit=opasnost od sigurnosti". Kada se tradicionalni tekući elektroliti zamijenili su čvrstim elektrolitima, baterije ne samo da se pojave nulte paljenje u iglenim testovima za probijanje i ekstruziranje, već i generiraju i da se u napadu na energetsku gustinu, postanu osnovna smjera tehnologije sljedeće generacije za električne baterije.
1 "Tri kraljevstva" tehnološke rute: igra različitih elektrolita
Polimerni elektrolit zasnovan je na PEO (polietilen oksid), sa sobnom temperaturom jonske provodljivosti od samo 10 ⁻⁴ S / cm, ali ima dobru fleksibilnost i pogodna je za lijepljenje s mekim paketima. TOYOTE-ov solid-statet prototip baterije usvaja ovo rješenje smanjujući debljinu elektrolita do 20 μ m i kombinirajući ga s silikonskim negativnom elektrodom, postižući brzo punjenje na 80% u 10 minuta i rasponu od preko 1000 kilometara. Međutim, njezine performanse sa niskim temperaturama je slabiji, sa 50% smanjenjem provodljivosti u -10 stepeni, što ga čini pogodnijim za upotrebu u umjerenim regijama.
Provodljivost sulfidne elektrolita prelazi 10 ⁻ s / cm, prilazeći nivou tečnog elektrolita, ali je sklona pucanju zbog loših mehaničkih svojstava. Panasonic koristi nanocomposite tehnologiju da bi se pomiješala sa ugljičnim nanotubcima, povećavajući zatezanje zatezne čvrstoće elektrolita do 15 MPa, što može izdržati promjenu jačine zvuka tijekom punjenja i pražnjenja. Njegova najveća prednost je njezina niskotemperaturna performansa, sa brzinom zadržavanja kapaciteta od 90% u -20 stepeni, čineći ga pogodnim za električna vozila u hladnim regijama kao što su sjevernu Europu. Međutim, sulfidi su skloni hidrolizi i proizvode H ₂ S gas koji zahtijeva izuzetno visoko brtvljenje u proizvodnom okruženju.
Oksidni elektroliti (poput Llzo litijum Lanthanum cirkonijum kisika) imaju najbolju stabilnost i mogu izdržati visoke temperature od 800 stepeni. Samsung ih je učinio u tanke keramičke listove debljine od samo 50 μ m, osiguravajući izolaciju i smanjenje unutarnjeg otpora. Međutim, velika i impedancija sučelja su njegovi nedostaci. Tim iz određene kineske akademije nauka koristio je tehnologiju "jonska tekuća infiltracija" da bi se formirala tampon sloj između elektrolita i elektrode, smanjujući impedanciju sučelja za 60% i poboljšanje performansi ćelije na 3C (u potpunosti napunjeno za 30 minuta).
2 proboj u masovnim poteškoćama proizvodnje: skok iz laboratorija za proizvodnju
Impedance sučelja je ahilova peta čvrstih stanica. Kontakt između čvrstih elektrolita i pozitivnih i negativnih elektroda uglavnom je tački, što rezultira visokim otporom na litijum-jonsko provođenje. Ključ za rješavanje ovog problema leži u izmjeni sučelja. LG nova energija prihvaća tehnologiju "Atomsko sloj" za rast od 5nm debelog lista prelaznog sloja na površini pozitivne elektrode, što povećava litijum-jonsku migracijsku stopu za tri puta. "Metoda rastopitih infiltracije" razvijena od strane domaćih preduzeća zagrijava elektrolit u raslova i kontaktira s elektrodom da formiraju čvrsto čvrsto čvrsto sučelje, što rezultira životnim ciklusom baterije koji prelazi 2000 puta.
Inovacija tehnologije masovne proizvodnje jednako je ključna. Proces suhog oblikovanja sulfidnih čvrstih državnih stanica eliminira korak tradicionalnog vlažnog premaza, smanjenje potrošnje energije za 40%; Tehnologija livenja oksidnih elektrolita može postići kontinuiranu proizvodnju 10 metara u minuti, što je 10 puta efikasnije od rane serijske proizvodnje. Pilot linije domaće stanice za baterije u kući domaće poduzeće postiglo je stopu prinosa od 78%, a troškovi za 30% veći od tečnih ćelija baterija. Očekuje se da će se spustiti na isti nivo nakon velike proizvodnje u 2027. godini.
3 Implementacija pionirske u posebnim oblastima: Sigurnosne aplikacije
U specijalizovanom polju, čvrste državne baterije pokazale su jedinstvene prednosti. Slijedene baterije sa niskim temperaturama u vojnoj industriji imaju brzinu zadržavanja kapaciteta od 85% u -40 stepeni, što više od 50% tradicionalnih baterija može udovoljiti potrebama za napajanje polarnim naučnim istraživačkim opremom i izviđačkim avionima. Solidne državne baterije koje se koriste u medicinskim uređajima imaju produženi životni vijek do 10 godina zbog nepostojanja rizika od curenja elektrolita, čineći im novim izborom za defibrilatore i implantacijske pumpe za inzulin. Određena implantažna baterija za medicinsku kompaniju koristi oksidske čvrste stanice, smanjujući glasnoću za 40%, a proširujući ciklus preljev pacijenta od 1 godine do 3 godine.
Industrija potrošačke elektronike također počinje testirati vode. Određeni brend Smartwatch opremljen je polimernim čvrstim stanicama baterije, s debljinom od samo 2 mm i gustoće energije od 700Wh / l. Trajanje baterije produžen je sa 7 dana do 14 dana, a ne postoji rizik od požara nakon prelaska ispita pada 1,5 metara. Na polju bespilonutih vazduhoplovnih vozila, visoke karakteristike sulfidnih čvrstih baterija skraćene su brzo vrijeme punjenja od 1 sata do 20 minuta, uvelike poboljšavajući operativnu efikasnost.
Razvoj čvrstih litijumskih ćelija litijumske baterije nije samo jednostavna zamjena elektrolita, već i sistematična inovacija u dizajnu, materijalnom sistemu i proizvodnom procesu cjelokupne baterije. Kako tehnologija sazrijeva, redefinirat će sigurnosne standarde i granice performansi litijumskih baterija, ubrizgavajući novi zamah u novu energetsku industriju.