Power batteri för att fräscha upp elfordonsindustrin?

Japanska Nikkei Shimbun rapporterade den 9 december att Toyota håller på att utveckla ett solid state-batteri, som kan köras 500 kilometer när det är laddat, och som tar 10 minuter att ladda helt, minst två tredjedelar mindre än traditionella elfordon. Toyota förväntas bli världens första tillverkare av solid state-batterifordon i massproduktion och kommer att lansera prototypfordon nästa år.

Utöver Toyotas nyheter släppte QuantumScape, ett företag som investerats gemensamt av Volkswagen och Bill Gates, också en ny solid state-batteriteknologi, som kan ladda 80 % på 15 minuter, öka energitätheten med 50 % och tåla ett bredare utbud av temperaturer, så låga som -30 ℃. Volkswagen sa att dess mål är att ha en ny batteriproduktionslinje 2025.

Så, vad är skillnaden mellan solid state-batteri och traditionellt batteri?

Traditionellt litiumbatteri: det består av positiv elektrod, membran och negativ elektrod och fylls sedan med elektrolyt.

Solid state-batteri: Litiumbatteriet använder fast elektrolyt, och elektrolytmaterialet bestämmer till stor del prestandan hos solid state-litiumbatteriet.

Den största skillnaden mellan de två är att elektrolyten i solid state-batteriet är fast, vilket innebär att mediet för litiumjonmigrering mellan de positiva och negativa elektroderna ändras från flytande till fast. Med den kontinuerliga uppgraderingen av katodmaterial kan fast elektrolyt skapa bättre koordination, vilket bidrar till att förbättra batterisystemets energitäthet.

Fördelar med solid state-batteri.

På grund av användningen av fast elektrolyt, jämfört med traditionella litiumbatterier, har solida batterier egenskaperna för oförbränning, hög temperaturbeständighet, icke korrosion, icke förflyktigande, låg brandrisk och hög energitäthet.

Industrialisering av solid state batteri.

Solid state batteri anses vara den sista lösningen på ångesten för batteriets energitäthet och uthållighet. Solid state batteri har många fördelar, men det har inte använts i stor utsträckning på grund av dess höga kostnad och låga produktionskapacitet.

Kommersialiseringen av solid state-batterier går kanske inte så snabbt som folk tror. 2019 sa Ningde Times att de var engagerade i utvecklingen av alla solid state-batterier och hade producerat prover, men det skulle ta 10 år för dem att bli helt kommersialiserade, vilket innebär att de är långt ifrån storskalig produktion.

Appliceringsschemat för halvledarbatterier förutsägs.

-2021 kommer att vara inkubationsperioden för solid-state batterimarknaden. Relevant produktplanering samt forskning och utveckling kommer att genomföras och marknaden kommer fortfarande att domineras av ternära batterier.

-Från 2021-2025 kommer solid state-batterier att gå in i det initiala applikationsskedet, med batteriets energitäthet som når 300-500Wh/kg, och ett litet antal high-end elfordon kommer att utrustas med solid state-batterier.

-Från 2025 till 2030 eller ännu längre kommer marknaden att vara riktigt mogen, energitätheten för solid state-batterier kommer att överstiga 500Wh/kg, och storskalig produktion kommer att bli riktigt populär.

I allmänhet är alla solid state-batterier, särskilt de för högströmstillämpningar som bilar, långt borta från industrialiseringens omfattning och behöver ytterligare uppgradering och kostnadskontroll.

Varför säger vissa människor att massproduktion är nära förestående, medan andra säger att det kommer att ta 10 år?

Som du kanske gissar är de "solid state-batterier" som för närvarande annonseras för massproduktion inte alla solid state-batterier, utan semi-solid state-batterier.

Halvfasta batterier har vanligtvis en fast elektrolyt på en elektrod och en flytande elektrolyt på den andra. Många som experimenterar med halvfasta batterier är för snabb kommersiell användning. Toyota har till exempel siktet inställt på att utveckla alla solida batterier för spårvagnar, men säger att det gradvis kommer att börja med "halvfasta" batterier.

När Ning De sa att det skulle ta 10 år för storskalig produktion, menade han alla solid state-batterier, och det var målet.

Kommer Toyota och QuantumScapes solid-state-batterier att utgöra ett hot mot nystartade företag?

Ur perspektivet av solid state batteriutveckling.

Den batteritekniska innovationen i europeiska och amerikanska länder leds främst av startups. Eftersom små företag är ansvariga för innovation i europeiska och amerikanska länder, och stora företag löser innovationsproblem genom sammanslagningar och förvärv, finns det ingen anledning att utforska det i stor utsträckning.

Japan domineras av traditionella bil- och maskinföretag, eftersom traditionella japanska företag är mycket framåtblickande och vill prova vilken ny teknik som helst.

Kina kom in på området för solid state-batteri relativt sent. Vi tror dock att solid state-batterier inte är lika imponerande som media som beskrivs. Även om det finns ett gap på 1-2 år i forskning och utveckling, räcker det inte för att störta positionen för huvudbatteriföretaget.

För det första, när litiumbatterier blir vanliga kommer de att förbättras snabbt. Den nuvarande flytande versionen, eller, kommer att fortsätta att förbättras, speciellt om du får 30% förbättring varje år, 5 år, 10 år, kommer den förbättrade batterieffektiviteten att likna solid-state-batteriet.

För det andra kan innovativ solid-state batteriteknik enkelt integreras i företag. Solid state-batteri är också vägen för litiumbatteri. På vägen för litiumbatterier kan dessa förbättrade teknologier enkelt samlas in av ledande företag. För genombrottet för ny batteriteknik är tröskeln och risken för att bygga en fabrik mycket hög, så många människor kommer att sälja tekniken till ledande företag, som snabbt kan utöka skalan. Det relativa teknologigapet för solid state-batterier är litet, och fördelen med stor batch är uppenbarligen viktigare vid kommersialiseringen av solid state-batterier.