Появата на твърдо състояние литиево-батерия клетки напълно пренаписва възприятието на индустрията, че "течен електролит=опасност за безопасност". Когато традиционните течни електролити се заменят с твърди електролити, клетките на батерията не само постигат нулево запалване при тестове за пробиване и екструзия на иглата, но и генерират въздействието на енергийната плътност до 400Wh/kg, превръщайки се в основната посока на следващото поколение технология за захранващи батерии.
1 „Трите царства“ на технологичния маршрут: Играта на различни електролити
Полимерният електролит се основава на PEO (полиетилен оксид), с йонна проводимост на стайна температура от само 10 ⁻⁴ s/cm, но има добра гъвкавост и е подходяща за свързване с клетки от мек опаковка. Прототипният автомобил на батерията на Toyota на Toyota приема това решение, като намалява дебелината на електролитите до 20 μm и го комбинира с отрицателен електрод на силициев силиций с висок капацитет, постигайки бързо зареждане до 80% за 10 минути и диапазон от над 1000 километра. Въпреки това, ниската му температура е по -слаба, с 50% намаление на проводимостта на -10 градуса, което го прави по -подходящ за използване в умерените региони.
Проводимостта на сулфиден електролит надвишава 10 ⁻ s/cm, приближавайки се до нивото на течен електролит, но е предразположен към напукване поради лоши механични свойства. Panasonic използва нанокомпозитна технология, за да я смеси с въглеродни нанотръби, увеличавайки якостта на опън на електролита до 15 MPa, което може да издържи на промяната на обема на батерията по време на зареждане и изхвърляне. Най -голямото му предимство е неговата ниска температура, със скорост на задържане на капацитет 90% на -20 градус, което го прави подходящ за електрически превозни средства в студени региони като Северна Европа. Сулфидите обаче са предразположени към хидролиза и произвеждат H ₂ S газ, което изисква изключително високо уплътняване в производствената среда.
Оксидните електролити (като Llzo литиев лантан циркониев кислород) имат най -добра стабилност и могат да издържат на високи температури от 800 градуса. Samsung ги превърна в тънки керамични листове с дебелина само 50 μm, като гарантира изолация и намалява вътрешната устойчивост. Въпреки това, високата бритълност и импеданс на интерфейса са неговите недостатъци. Екип от определена китайска академия на науките използва технологията "йонна течна инфилтрация", за да образува буферен слой между електролита и електрода, като намали импедана на интерфейса с 60% и подобрява характеристиката на клетката до 3С (напълно заредена за 30 минути).
2 Пробив в затрудненията в масовото производство: скокът от лаборатория към производствената линия
Интерфейсният импеданс е ахилесовата пета на клетките от твърдо състояние. Контактът между твърдите електролити и положителните и отрицателните електроди е най -вече точков контакт, което води до висока устойчивост на проводимост на литиеви йони. Ключът към решаването на този проблем се крие в интерфейсната модификация. LG New Energy приема технологията „атомен слой“ за отглеждане на 5Nm дебел Li ₂ o преходен слой върху повърхността на положителния електрод, което увеличава скоростта на миграция на литиеви йони с три пъти. "Методът на инфилтрация на стопилката", разработен от вътрешните предприятия, загрява електролита до разтопено състояние и го контактува с електрода, за да образува плътно твърд интерфейс, което води до живот на клетъчния цикъл на батерията над 2000 пъти.
Иновациите на технологията за масово производство са също толкова важни. Процесът на сухо формиране на сулфидни клетки на батерията с твърдо състояние елиминира етапа на възстановяване на разтворителя на традиционното мокро покритие, намалявайки консумацията на енергия с 40%; Технологията за леене на оксидни електролити може да постигне непрекъснато производство от 10 метра в минута, което е 10 пъти по -ефективно от ранното производство на партиди. Пилотната линия на батерията на батерията в твърдо състояние на битово предприятие постигна скорост на добив от 78%, с цена с 30% по-висока от тази на течните клетки на батерията. Очаква се той да спадне на същото ниво след мащабно производство през 2027 г.
3 пионерско изпълнение в специални полета: приложения, управлявани от сигурността
В специализираното поле батериите с твърдо състояние демонстрират уникални предимства. Батериите с ниска температура в твърдо състояние във военната индустрия имат процент на задържане на капацитета на изхвърлянето от 85% на -40 градуса, далеч надвишаващи 50% от традиционните батерии и могат да задоволят нуждите на захранването на полярното научно изследователско оборудване и разузнавателните самолети с голяма надморска височина. Твърдите батерии, използвани в медицинските изделия, имат продължителен живот до 10 години поради липсата на рискове за изтичане на електролити, което ги прави нов избор за дефибрилатори и имплантируеми инсулинови помпи. Имплантиращата се батерия на определена медицинска компания използва клетки от твърдо състояние на оксидно, намалява обема му с 40%и удължава цикъла на обличане на пациента от 1 година до 3 години.
Индустрията на потребителската електроника също започва да тества водите. Определена марка SmartWatch е оборудвана с полимерни твърдо състояние на батерията, с дебелина само 2 мм и енергийна плътност 700Wh/L. Животът на батерията е удължен от 7 дни до 14 дни и няма риск от пожар след преминаване на 1,5-метров тест за спад. В областта на безпилотните летателни апарати, характеристиките на високата скорост на сулфидните батерии от твърдо състояние съкращават времето за зареждане от 1 час до 20 минути, като значително подобрява оперативната ефективност.
Разработването на твърдо състояние на литиеви клетки на батерията е не само проста подмяна на електролитите, но и систематична иновация в дизайна, материалната система и производствения процес на цялата клетка на батерията. Тъй като технологията узрява, тя ще предефинира стандартите за безопасност и границите на производителността на литиевите батерии, като инжектира нов импулс в новата енергийна индустрия.