كيف هو التطور الحالي للبطاريات الصلبة؟

تشير بطاريات الحالة الصلبة إلى البطاريات المنتجة باستخدام أقطاب الحالة الصلبة والكهرباء المتينة. تختلف عن البطاريات الموجودة على شكل سائل، فهي واحدة من الاتجاهات الرئيسية لتطوير بطاريات جديدة للطاقة مركبة في المستقبل. في الآونة الأخيرة، عندما أعلنت مجموعة فولكس فاجن عن تقريرها المالي للربع الثاني، قال الرئيس التنفيذي لمجموعة فولكس فاجن هربرت ديس إن فولكس فاجن تخطط لإنتاج بطاريات ذات حالة صلبة بشكل مستقل، وقد يبدأ الإنتاج الضخم في عام 2024 أو 2025. ووفقاً لخارطة الطريق الوطنية "توفير الطاقة وتكنولوجيا المركبات الجديدة"، بحلول عام 2025، فإن هدف كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم للمركبات الكهربائية النقية هو 400 ساعة/كيلوغرام، والهدف في عام 2030 هو 500 ساعة/كيلوغرام. بقدر ما يتعلق الأمر البطارية المستخدمة حاليا على نطاق واسع على نطاق واسع، والاختناق التقني الموجود في هذه المرحلة يجعل من الصعب تحقيق الأهداف المذكورة أعلاه.

إذا كانت كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم السلطة هو تحقيق هدف كثافة الطاقة أكبر من 500Wh/kg كما هو مقرر، قد يكون نظام بطارية المنحل بالكهرباء السائل القائمة عاجزة. كما الجيل القادم من مسار تكنولوجيا البطارية ل500Wh/kg، أصبح البحث والتطوير لنظام بطارية الحالة الصلبة الطلب جامدة. ويتطلب تطوير صناعة الطاقة الجديدة على المدى المتوسط والطويل احتياطيات تقنية جديدة، ومن المتوقع أن تصبح بطاريات الليثيوم أيون الصلبة الطريق التكنولوجي السائد للجيل القادم من بطاريات الليثيوم ذات الطاقة الكهربائية للسيارات. وهو ليس فقط اتجاه التنمية الهامة للبطاريات الثانوية في المستقبل، ولكن أيضا مهمة هامة في الوقت الحاضر.

ما هي مزايا البطاريات الصلبة مقارنة مع البطاريات غير ternary؟ أولا وقبل كل شيء، من حيث كثافة الطاقة، النافذة الكهروكيميائية من الشوارد العضوية المستخدمة حاليا في بطاريات ليثيوم أيونات غير هستيرية وغيرها محدودة، وأنه من الصعب أن تكون متوافقة مع أنودات الليثيوم المعدنية والمواد الكاثود المتقدمة حديثا عالية الإمكانية. ومع ذلك، فإن الشوارد الصلبة عموما لديها قدرة كهربائية أوسع من الشوارد العضوية. يساعد الإطار الكيميائي على زيادة كثافة الطاقة للبطارية. ثانيا ، من حيث الحجم ، منذ يتم استبدال المنحل بالكهرباء الصلبة ، وحجم البطارية الصلبة تكون أصغر تحت كثافة الطاقة نفسها. مع نفس القدر من الطاقة، سوف تصبح بطاريات الحالة الصلبة أصغر. تحت الظروف التي لا تزال كثافة الطاقة نفسها، وكتلة وحجم البطارية الصلبة مع نفس الشحنة تكون أصغر من بطارية المنحل بالكهرباء السائل. ليس ذلك فحسب ، لأنه لا يوجد المنحل بالكهرباء في بطارية الحالة الصلبة ، فمن الأسهل ختمه. عند استخدامه في معدات واسعة النطاق مثل السيارات ، فإنه ليس من الضروري إضافة أنابيب تبريد إضافية ، والضوابط الإلكترونية ، وما إلى ذلك ، مما يوفر التكاليف مع تقليل وزنه. بعد استخدام الكهارل الصلبة، يمكن استبدال القطب السلبي الجرافيت مع الليثيوم المعدني، مما يقلل بشكل كبير من وزن البطارية بأكملها.

من منظور تخطيط البطاريات الصلبة في مختلف البلدان، تويوتا هي أكثر تقدما في مجال التكنولوجيا. وأطلقت بطاريات من الكبريتيدات الصلبة في عام 2010. وفي عام 2014، بلغت كثافة الطاقة في النموذج التجريبي للبطارية 400 ساعة/كغ. اعتبارًا من فبراير 2017 ، وصلت براءات اختراع تويوتا المتعلقة بالبطاريات الصلبة إلى 30، وهي أعلى بكثير من الشركات الأخرى. ووفقاً للمديرين التنفيذيين لتويوتا، فإن تويوتا ستدرك تصنيع بطاريات الكبريتيد الصلبة في عام 2020. بالإضافة إلى ذلك، حققت سامسونج أيضًا نتائج معينة، باستخدام الشوارد الصلبة القائمة على الكبريتيد لإنتاج بطارية ثانوية صلبة 2000 مللي أمبير، 175 ساعة/كجم مغلفة ببطارية ثانوية صلبة بالكامل.

الشركة المحلية CATL هي أيضا ناضجة نسبيا في بطاريات الكبريتيد الصلبة الدولة، وتقوم حاليا تسريع تطوير بطاريات الكبريتيد المعادن الليثيوم الصلبة لجميع للدولة للمركبات الكهربائية. بالإضافة إلى ذلك، تجدر الإشارة إلى أن جانفنغ ليثيوم قد أكمل مؤخرًا مشروع الجيل الأول من مشروع الخط التجريبي للبحث والتطوير للبطاريات الصلبة، ومرت عيناته بتفتيش مركز فحص السيارات التابع لمعهد أبحاث السيارات الصيني، وليس للمشروع سابقة ممارسة ناجحة في الصين، التي تعد رائدة دولية ومن المتوقع أن يحقق الاختراق التكنولوجي إنتاجًا كبيرًا في عام 2019.

بالمقارنة مع البطاريات غير االطارية، بطاريات الحالة الصلبة لديها الكثير من المزايا، لماذا لم تتمكن من تحقيق الإنتاج الضخم؟ مفتاح بطاريات الحالة الصلبة هو مواد المنحل بالكهرباء الحالة الصلبة. أهم سبب لصعوبة في تطوير بطاريات الحالة الصلبة في هذه المرحلة هو فشل مواد المنحل بالكهرباء لتحقيق اختراقات. لا يوجد أي من الكهارل الصلب غير العضوي والبوليمر المنحل بالكهرباء لديه الموصلية الأيونية العالية والقوة الميكانيكية، ولكن أيضا لديه خصائص معالجة جيدة.

المشاكل التقنية لبطاريات الليثيوم السلطة كانت دائما عنق الزجاجة تقييد تطوير مركبات الطاقة الجديدة، والاختناق أن بطاريات الدولة الصلبة من الصعب اختراق هو أيضا في التكنولوجيا. في المنافسة الشرسة اليوم في صناعة بطارية الليثيوم السلطة، والشركات التي لديها حقا الضحك الأخير هي في كثير من الأحيان أولئك الذين يتقنون التكنولوجيات الأساسية. البطاريات الصلبة هي اتجاه هام لتطوير التكنولوجيا في المستقبل، وهو بالفعل توافق في الآراء في هذه الصناعة. وما إذا كانت الشركات الصينية قادرة على الفوز في "المعركة الصعبة" القادمة لا تزال بحاجة إلى الجهود المشتركة من الزملاء في هذه الصناعة.