Ξέρετε τι αλλάζει το ενεργειακό τοπίο;

Ανησυχείτε όταν οδηγείτε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο που δεν θα ξεκινήσει το πρωί το χειμώνα ή ότι η μπαταρία θα πιάσει φωτιά το καλοκαίρι όταν εκτίθεται σε άμεσο ηλιακό φως; Εάν σας είπα ότι υπάρχει ένας νέος τύπος μπαταρίας που μπορεί να ξεκινήσει σε δευτερόλεπτα σε μείον 40 βαθμούς Κελσίου, ακόμα και αν είναι τρυπημένο, δεν θα εκραγεί. Το πιστεύεις;

Αυτό δεν είναι εγώ να σχεδιάζω ένα κέικ για σας, αλλά μια συνεχιζόμενη ενεργειακή επανάσταση, στερεά - State Batteries.IT ονομάζεται "πυραύλος" της τεχνολογίας μπαταρίας επόμενης γενιάς, η οποία όχι μόνο θα αλλάξει τα νέα ενεργειακά οχήματα, αλλά και μπορεί να αναμορφώσει το πρότυπο των αεροσκαφών χαμηλού υψομέτρου, τα ανθρωποειδή ρομπότ και ακόμη και ολόκληρη την ενέργεια. Σήμερα, θα σας μιλήσω για το πού είναι το Solid -, οι μπαταρίες κατάστασης είναι και γιατί είναι τόσο δημοφιλείς; Πού είναι οι ευκαιρίες στο μέλλον;

Νιόβιο(NB) έχει δείξει μεγάλες δυνατότητες ως ένα ευπροσάρμοστο εργαλείο στο πεδίο του στερεού - μπαταριών κατάστασης και η έρευνα της εφαρμογής του γίνεται όλο και πιο ενεργή. Από την άποψη των αρνητικών ηλεκτροδίων, το οξείδιο βολφραμίου Niobium (NWO) έχει συντελεστή διάχυσης ιόντων λιθίου αρκετές τάξεις μεγέθους υψηλότερες από τον γραφίτη, που επιτρέπει εξαιρετικά γρήγορη φόρτιση. Ταυτόχρονα, η αλλαγή του μικρού όγκου και η διάρκεια ζωής του μακρού κύκλου καθιστούν ένα ισχυρό υποψήφιο υλικό για να αντικαταστήσει τα αρνητικά ηλεκτρόδια γραφίτη. Επιπλέον, η επιφανειακή τροποποίηση του πυριτίου - βασισμένο ή λιθίου μετάλλων αρνητικά ηλεκτρόδια χρησιμοποιώντας Ultra - λεπτή πεντοξείδιο niobium (Nb ₂ o ₅) επικαλύψεις μπορούν να αναστέλλουν αποτελεσματικά την ανάπτυξη των δενδριτών λιθίου και να μειώσουν τις πλευρικές αντιδράσεις με στερεούς ηλεκτρολύτρες, σημαντικά βελτιώνοντας την ασφάλεια των μπαταριών. Από την άποψη των ηλεκτρολυτών, το στοιχείο Niobium ντόπινγκ σε τύπους LLZO (τύπος γρανάτη), στερεοί ηλεκτρολύτες, μπορούν να σταθεροποιήσουν τη δομή της κυβικής φάσης τους, βελτιώνοντας έτσι την αγωγιμότητα των ιόντων λιθίου και ενισχύοντας την πρακτική τους εφαρμογή.

Οι παραδοσιακές μπαταρίες λιθίου αποτελούνται από τέσσερα κύρια συστατικά: θετικό ηλεκτρόδιο, ηλεκτρολύτη αρνητικού ηλεκτροδίου και διαχωριστή. Μεταξύ αυτών, ο ηλεκτρολύτης είναι το πιο ασταθές και εύφλεκτο υγρό. Μόλις υπερφορτωθεί, βραχυκυκλώνεται ή εκτίθεται σε υψηλές θερμοκρασίες, μπορεί εύκολα να παράγει θερμότητα ή ακόμα και αυτονόητο ή εκραγεί. Η μεγαλύτερη αλλαγή στο στερεό - μπαταρίες κατάστασης είναι η αντικατάσταση του ηλεκτρολύτη και του διαχωριστή με στερεό - ηλεκτρολύτη, η οποία λύνει άμεσα τους κινδύνους ασφαλείας από την πηγή. Είναι ακριβώς εξαιτίας αυτής της αλλαγής ότι τα τρία σημαντικά πλεονεκτήματα φέρνουν.
Πρώτον, είναι ασφαλέστερο. Οι υγρές μπαταρίες είναι σαν μια κατσαρόλα βραστό νερό που μπορεί εύκολα να εκραγεί, ενώ οι στερεές μπαταρίες κατάστασης είναι σαν ένα κομμάτι μετάλλου που δεν μπορεί να σπάσει ή να ζυγιστεί και μπορεί να παραμείνει σταθερό ακόμη και σε περίπτωση βραχυκυκλώματος.
Το δεύτερο είναι υψηλότερη πυκνότητα ενέργειας, η οποία μπορεί να προσαρμοστεί σε υλικά θετικών ηλεκτροδίων υψηλότερης τάσης και να διπλασιάσει απευθείας τη χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας. Στο παρελθόν, τα ηλεκτρικά οχήματα θα μπορούσαν να τρέξουν 500 χιλιόμετρα, αλλά μετά τη μετάβαση σε στερεά κατάσταση, μπορεί εύκολα να σπάσει 1000 χιλιόμετρα.
Τέλος, υπάρχει προσαρμογή στο κλίμα. Μπορεί να λειτουργήσει κανονικά από μείον 40 βαθμούς Κελσίου σε πάνω από 100 βαθμούς Κελσίου, καθιστώντας εύκολο να χειριστεί τόσο το κρύο βορειοανατολικά όσο και την καυτή έρημο.

Ακριβώς λόγω αυτών των πλεονεκτημάτων που οι μπαταρίες έχουν λάβει μεγάλη προσοχή τα στερεά -, έχουν λάβει μεγάλη προσοχή τα τελευταία χρόνια. Από τη μία πλευρά, αυτό οφείλεται στην εκρηκτική ζήτηση από τους χρήστες. Μέχρι το 2024, οι παγκόσμιες πωλήσεις νέων ενεργειακών οχημάτων υπερέβησαν τα 20 εκατομμύρια μονάδες, με ποσοστό διείσδυσης σχεδόν 20%. Ωστόσο, τα δύο πιο ανήσυχα ζητήματα για όλους είναι ανανεώσεις πτήσεων και ασφάλεια.

Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι ακριβώς η σωστή λύση. Σύμφωνα με τις προβλέψεις, οι στερεές μπαταρίες κατάστασης - θα αρχίσουν να δοκιμάζονται σε οχήματα από το 2026 και θα εγκατασταθούν σε μικρές παρτίδες το 2027 έως το 2023, ο ρυθμός διείσδυσης αναμένεται να υπερβεί το 10%. Η τιμή του στερεού - των μπαταριών κατάστασης δεν είναι μόνο σε νέα ενεργειακά οχήματα, αλλά και σε οικονομία χαμηλού υψομέτρου. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρικά αεροσκάφη απογείωσης και προσγείωσης έχουν πολύ υψηλές απαιτήσεις για μπαταρίες, συμπεριλαμβανομένης της ενεργειακής πυκνότητας, του βάρους και της αντοχής στη θερμότητα. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης μπορούν να ικανοποιήσουν με ακρίβεια αυτά τα πρότυπα. Υπάρχουν επίσης ανθρωποειδή ρομπότ που απαιτούν ελαφριά, σταθερή και μεγάλη διάρκεια ζωής της μπαταρίας και στερεά - μπαταρίες κατάστασης είναι αρκετές για να τα συναντήσετε. Επομένως, εφ 'όσον αυτοί οι ευφυείς μεταφορείς μεταφοράς τερματικών συνεχίζουν να κινούνται προς το ελαφρύ και υψηλό - δύναμη, η ζήτηση για στερεά - μπαταρίες κατάστασης δεν θα απουσιάζει ποτέ.

Σήμερα, ο κόσμος ανταγωνίζεται για αυτό το τεχνολογικό υψηλό έδαφος. Η Ιαπωνία ήταν η πρώτη που ξεκίνησε με μεγάλο αριθμό διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας και έχει θέσει στόχο την εμπορευματοποίηση μέχρι το 2030. Η Κίνα, από την άλλη πλευρά, είναι ένας καθυστερημένος με τον υψηλότερο αριθμό αιτήσεων διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας τα τελευταία χρόνια, συνεχώς κατατάσσεται πρώτα στον κόσμο. Έχει επίσης επενδύσει 6 δισεκατομμύρια γιουάν σε ειδικά κεφάλαια για να το υποστηρίξει. Απαιτείται ότι τόσο ανάντη όσο και κατάντη της βιομηχανικής αλυσίδας επιταχύνουν την ακολουθία τους - up.

Φυσικά, ακόμη και η πιο προηγμένη τεχνολογία έχει μια περίοδο αναρρίχησης. Επί του παρόντος, τα στερεά - μπαταρίες κατάστασης αντιμετωπίζουν τρεις μεγάλες προκλήσεις. Το πρώτο είναι ότι η αγωγιμότητα δεν είναι αρκετά υψηλή και εξακολουθεί να υπάρχει περιθώριο βελτιστοποίησης στην αποτελεσματικότητα της εσωτερικής λειτουργίας του ηλεκτρολύτη. Η δεύτερη είναι η σταθερότητα μεταξύ των διεπαφών, καθώς υπάρχει μια τάση για ηλεκτρόδια και ηλεκτρολύτες να πολεμήσουν, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Το τελευταίο είναι μεγάλο - παραγωγή κλίμακας, η οποία εξακολουθεί να είναι πολύ δύσκολη. Δεν είναι δύσκολο να φτιάξετε μια σταθερή μπαταρία - στο εργαστήριο, αλλά αν το εργοστάσιο μπορεί να παράγει μάζα είναι η πραγματική δοκιμή. Ως εκ τούτου, η βιομηχανία επιλέγει γενικά μια προσέγγιση δύο -. Το πρώτο βήμα είναι να φτιάξετε μια ημι -- στερεά κατάσταση που διατηρεί το 5% έως 10% του υγρού συστατικού για την επίλυση ορισμένων από τα προβλήματα πρώτα. Αυτή η τεχνολογία βρίσκεται στην αγορά από το 2024. Το δεύτερο είναι όλες οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης, οι οποίες αναμένεται να εισέλθουν στο στάδιο επικύρωσης της αγοράς μέχρι το 2026 και να αυξάνονται σταδιακά στον όγκο στη συνέχεια. Η άνοδος του στερεού - των μπαταριών κατάστασης δεν είναι μόνο μια τεχνολογική επανάσταση, αλλά και μια γιορτή για το κεφάλαιο. Οι ευκαιρίες του ανθίζουν από υλικά σε εξοπλισμό σε εφαρμογή και από την πλευρά του υλικού, τα υλικά των ηλεκτρολυτών είναι η ψυχή. Επί του παρόντος, υπάρχουν τέσσερις κύριες τεχνολογικές οδούς, συμπεριλαμβανομένων των σουλφιδίων, των οξειδίων, των αλογονιδίων και των πολυμερών, το καθένα με τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Τα σουλφίδια έχουν την ισχυρότερη απόδοση, αλλά η προετοιμασία τους είναι πολύ περίπλοκη. Το οξείδιο είναι ασφαλές και σταθερό, αλλά δύσκολο να επεξεργαστεί. Οι αλογονίδια προχωρούν γρήγορα και έχουν σχετικά υψηλό λόγο απόδοσης. Τα πολυμερή έχουν καλή ευελιξία, αλλά η αγωγιμότητά τους δεν είναι ιδανική, οπότε δεν υπάρχει κανένας τρόπος να κερδίσουμε σταθερά.

Ωστόσο, επί του παρόντος σουλφίδια και αλογονίδια θεωρούνται τα πιο ελπιδοφόρα και η αναβάθμιση θετικών και αρνητικών υλικών ηλεκτροδίων επιταχύνεται επίσης, καθώς καθορίζουν την χωρητικότητα και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, καθώς και αγώγιμα υλικά. Παρόλο που είναι δυσδιάκριτο, αποτελεί βασική μεταβλητή στη βελτίωση της συνολικής απόδοσης. Σήμερα, οι αγώγιμοι αγώνες νανοσωλήνων άνθρακα γίνονται ένας αυτοκινητόδρομος που συνδέει ηλεκτρόδια και ηλεκτρολύτες. Στο τέλος του εξοπλισμού, οι νέες διαδικασίες αντικαθιστούν επίσης τις παλιές γραμμές παραγωγής και οι παραδοσιακές γραμμές παραγωγής μπαταριών δεν είναι πλέον κατάλληλες για στερεές διαδικασίες κατάστασης -. Σήμερα, τα ξηρά ηλεκτρόδια και η ηλεκτροστατική διαμόρφωση είναι νέες τεχνολογίες που καθιστούν τη διαδικασία κατασκευής ασφαλέστερη και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, καθιστώντας νέα σημεία ανάπτυξης για τους κατασκευαστές εξοπλισμού. Αυτό σημαίνει επίσης ότι θα υπάρξει ένας νέος γύρος έκρηξης στις ανάντη εξοπλισμό συνδέσμων της βιομηχανικής αλυσίδας.

Τα φωτοβολταϊκά έχουν αλλάξει την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, οι μπαταρίες λιθίου έχουν αλλάξει τη μεταφορά και τα στερεά - οι μπαταρίες κατάστασης μπορούν να ανακατασκευάσουν ολόκληρο το ενεργειακό σύστημα, το οποίο θα συνεχίσει να ωριμάζει με τα σενάρια εφαρμογής στο μέλλον. Με τη συνεχή βελτίωση των ιδιοτήτων του υλικού και τη σταδιακή μείωση του κόστους παραγωγής, οι στερεές μπαταρίες κατάστασης θα μετακινηθούν σταδιακά από το να είναι αόρατες και άυλες για να είναι χρησιμοποιήσιμες και να λειτουργούν γρήγορα. Πιστεύετε ότι το Solid - μπαταρίες κατάστασης θα εγκατασταθούν όπως έχει προγραμματιστεί το 2026; Θα γίνει η επόμενη υποκείμενη ενεργειακή λογική για να αλλάξετε τον κόσμο;