Bateria zasilająca odświeży branżę pojazdów elektrycznych?

9 grudnia japoński Nikkei Shimbun poinformował, że Toyota pracuje nad akumulatorem półprzewodnikowym, który po naładowaniu będzie w stanie przejechać 500 km, a jego pełne naładowanie zajmie 10 minut, czyli co najmniej o dwie trzecie krócej niż w przypadku tradycyjnych pojazdów elektrycznych. Oczekuje się, że Toyota stanie się pierwszym na świecie producentem pojazdów wyposażonych w akumulatory półprzewodnikowe w masowej produkcji, a prototypy pojazdów wprowadzi na rynek w przyszłym roku.

Oprócz nowości Toyoty, QuantumScape, firma, w którą zainwestowali wspólnie Volkswagen i Bill Gates, wypuściła także nową technologię akumulatorów półprzewodnikowych, która może naładować się do 80% w 15 minut, zwiększyć gęstość energii o 50% i wytrzymać szerszy zakres temperatury, tak niskie, jak - 30 ℃. Volkswagen podał, że jego celem jest posiadanie nowej linii do produkcji akumulatorów do 2025 roku.

Jaka jest zatem różnica między baterią półprzewodnikową a baterią tradycyjną?

Tradycyjna bateria litowa: składa się z elektrody dodatniej, membrany i elektrody ujemnej, a następnie jest wypełniona elektrolitem.

Bateria półprzewodnikowa: Bateria litowa wykorzystuje elektrolit stały, a materiał elektrolitu w dużej mierze determinuje wydajność baterii litowej półprzewodnikowej.

Główna różnica między nimi polega na tym, że elektrolit w akumulatorze półprzewodnikowym jest stały, co oznacza, że ​​medium migracji jonów litu pomiędzy elektrodami dodatnimi i ujemnymi zmienia się z cieczy w ciało stałe. Dzięki ciągłemu ulepszaniu materiałów katodowych stały elektrolit może zapewnić lepszą koordynację, co sprzyja poprawie gęstości energii układu akumulatorów.

Zalety baterii półprzewodnikowej.

Dzięki zastosowaniu stałego elektrolitu, w porównaniu z tradycyjnymi akumulatorami litowymi, akumulatory stałe charakteryzują się brakiem spalania, odpornością na wysoką temperaturę, brakiem korozji, brakiem ulatniania się, niskim ryzykiem pożaru i wysoką gęstością energii.

Industrializacja baterii półprzewodnikowych.

Bateria półprzewodnikowa jest uważana za ostatnie rozwiązanie problemów związanych z gęstością energii i wytrzymałością baterii. Bateria półprzewodnikowa ma wiele zalet, ale nie była szeroko stosowana ze względu na wysoki koszt i niską wydajność produkcyjną.

Komercjalizacja akumulatorów półprzewodnikowych może nie nastąpić tak szybko, jak się powszechnie uważa. W 2019 roku Ningde Times podał, że jest zaangażowany w rozwój wszystkich akumulatorów półprzewodnikowych i wyprodukował próbki, ale pełna komercjalizacja zajmie im 10 lat, co oznacza, że ​​daleko im do produkcji na dużą skalę.

Przewiduje się harmonogram stosowania baterii półprzewodnikowych.

Rok 2021 będzie okresem inkubacji rynku akumulatorów półprzewodnikowych. Prowadzone będzie odpowiednie planowanie produktu oraz prace badawczo-rozwojowe, a rynek nadal będzie zdominowany przez akumulatory trójskładnikowe.

-W latach 2021-2025 akumulatory półprzewodnikowe wejdą w początkowy etap stosowania, a gęstość energii akumulatorów osiągnie 300-500Wh/kg, a niewielka liczba wysokiej klasy pojazdów elektrycznych zostanie wyposażona w akumulatory półprzewodnikowe.

- W latach 2025-2030 lub nawet dłużej rynek będzie naprawdę dojrzały, gęstość energii akumulatorów półprzewodnikowych przekroczy 500Wh/kg, a produkcja na dużą skalę będzie naprawdę popularna.

Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie akumulatory półprzewodnikowe, szczególnie te do zastosowań wysokoprądowych, takich jak samochody, są dalekie od skali industrializacji i wymagają dalszej modernizacji i kontroli kosztów.

Dlaczego niektórzy mówią, że masowa produkcja jest nieunikniona, a inni, że zajmie to 10 lat?

Jak można się domyślić, „baterie półprzewodnikowe” reklamowane obecnie w produkcji masowej to nie wszystkie baterie półprzewodnikowe, ale półprzewodnikowe.

Akumulatory półstałe zwykle mają stały elektrolit na jednej elektrodzie i ciekły elektrolit na drugiej. Wiele osób eksperymentujących z bateriami półstałymi jest przeznaczonych do szybkiego użytku komercyjnego. Na przykład Toyota postawiła sobie za cel opracowanie wyłącznie akumulatorów stałych do tramwajów, ale twierdzi, że stopniowo zacznie wprowadzać akumulatory „półstałe”.

Kiedy Ning De powiedział, że produkcja na dużą skalę zajmie 10 lat, miał na myśli wszystkie akumulatory półprzewodnikowe i taki był cel.

Czy akumulatory półprzewodnikowe Toyoty i QuantumScape będą stanowić zagrożenie dla startupów?

Z punktu widzenia rozwoju akumulatorów półprzewodnikowych.

Innowacjami technologii akumulatorów w krajach europejskich i amerykańskich kierują głównie start-upy. Ponieważ małe przedsiębiorstwa są odpowiedzialne za innowacje w krajach Europy i Ameryki, a duże przedsiębiorstwa rozwiązują problemy związane z innowacjami poprzez fuzje i przejęcia, nie ma potrzeby prowadzenia rozległych badań.

Japonia jest zdominowana przez tradycyjne przedsiębiorstwa motoryzacyjne i maszynowe, ponieważ tradycyjne japońskie przedsiębiorstwa patrzą w przyszłość i chcą wypróbować każdą nową technologię.

Chiny stosunkowo późno weszły na rynek akumulatorów półprzewodnikowych. Uważamy jednak, że akumulatory półprzewodnikowe nie robią takiego wrażenia, jak opisują to media. Nawet jeśli istnieje 1-2-letnia przerwa w badaniach i rozwoju, nie wystarczy obalić pozycji firmy produkującej akumulatory do głowic.

Po pierwsze, w miarę jak baterie litowe staną się powszechne, ich jakość będzie szybko się poprawiać. Obecna wersja płynna będzie nadal udoskonalana, szczególnie jeśli co roku, 5, 10 lat, poprawiona wydajność baterii będzie wynosić 30%, poprawiona wydajność baterii będzie podobna do baterii półprzewodnikowej.

Po drugie, innowacyjną technologię akumulatorów półprzewodnikowych można łatwo zintegrować z przedsiębiorstwami. Bateria półprzewodnikowa jest również trasą baterii litowej. Na trasie baterii litowych te ulepszone technologie mogą z łatwością zostać zgromadzone przez wiodące przedsiębiorstwa. W przypadku przełomu w nowej technologii akumulatorów próg i ryzyko budowy fabryki są bardzo wysokie, dlatego wiele osób sprzeda tę technologię wiodącym przedsiębiorstwom, które mogą szybko zwiększyć skalę. Względna luka technologiczna w przypadku baterii półprzewodnikowych jest niewielka, a zaleta dużych partii jest oczywiście ważniejsza w komercjalizacji baterii półprzewodnikowych.