Napájacia batéria na oživenie odvetvia elektrických vozidiel?

Japonská spoločnosť Nikkei Shimbun 9. decembra oznámila, že Toyota vyvíja polovodičovú batériu, ktorá po nabití dokáže prejsť 500 kilometrov a jej úplné nabitie trvá 10 minút, čo je najmenej o dve tretiny menej ako u tradičných elektrických vozidiel. Očakáva sa, že Toyota sa stane prvým svetovým výrobcom vozidiel s pevnými batériami v hromadnej výrobe a budúci rok uvedie na trh prototypy vozidiel.

Okrem noviniek od Toyoty spoločnosť QuantumScape, do ktorej spoločne investovali Volkswagen a Bill Gates, uviedla na trh aj novú technológiu polovodičových batérií, ktorá dokáže nabiť 80 % za 15 minút, zvýšiť hustotu energie o 50 % a vydržať širší rozsah teploty až do -30 ℃. Volkswagen uviedol, že jeho cieľom je mať do roku 2025 novú linku na výrobu batérií.

Aký je teda rozdiel medzi polovodičovou batériou a tradičnou batériou?

Tradičná lítiová batéria: skladá sa z kladnej elektródy, membrány a zápornej elektródy a potom je naplnená elektrolytom.

Pevná batéria: Lítiová batéria používa pevný elektrolyt a materiál elektrolytu do značnej miery určuje výkon lítiovej batérie v pevnej fáze.

Hlavný rozdiel medzi nimi je v tom, že elektrolyt v batérii v pevnej fáze je pevný, čo znamená, že médium pre migráciu lítiových iónov medzi kladnými a zápornými elektródami sa mení z kvapalného na pevné. Vďaka neustálej modernizácii katódových materiálov môže pevný elektrolyt dosiahnuť lepšiu koordináciu, čo vedie k zlepšeniu hustoty energie systému batérie.

Výhody polovodičovej batérie.

Vďaka použitiu tuhého elektrolytu v porovnaní s tradičnými lítiovými batériami majú pevné batérie vlastnosti nespaľovania, odolnosti voči vysokej teplote, korózie, neprchavosti, nízkeho rizika požiaru a vysokej hustoty energie.

Industrializácia polovodičovej batérie.

Pevná batéria sa považuje za posledné riešenie úzkosti z hustoty energie batérie a jej výdrže. Pevná batéria má mnoho výhod, ale nebola široko používaná kvôli jej vysokým nákladom a nízkej výrobnej kapacite.

Komercializácia polovodičových batérií nemusí byť taká rýchla, ako si ľudia myslia. V roku 2019 Ningde Times uviedol, že sa zaviazal k vývoju všetkých pevných batérií a vyrobil vzorky, ale trvalo by 10 rokov, kým by boli plne komercializované, čo znamená, že majú ďaleko od výroby vo veľkom meradle.

Plán aplikácie polovodičovej batérie je predpovedaný.

-2021 bude inkubačným obdobím trhu s pevnými batériami. Uskutoční sa príslušné plánovanie produktov, výskum a vývoj a na trhu budú stále dominovať ternárne batérie.

-V rokoch 2021-2025 vstúpia polovodičové batérie do počiatočnej fázy aplikácie, pričom hustota energie batérie dosiahne 300-500 Wh/kg, a malý počet špičkových elektrických vozidiel bude vybavený polovodičovými batériami.

-Od roku 2025 do roku 2030 alebo ešte dlhšie bude trh skutočne vyspelý, energetická hustota polovodičových batérií presiahne 500 Wh/kg a veľkovýroba bude skutočne populárna.

Vo všeobecnosti sú všetky polovodičové batérie, najmä tie pre vysokoprúdové aplikácie, ako sú automobily, ďaleko od rozsahu industrializácie a potrebujú ďalšiu modernizáciu a kontrolu nákladov.

Prečo niektorí ľudia hovoria, že masová výroba sa blíži, zatiaľ čo iní hovoria, že to bude trvať 10 rokov?

Ako možno tušíte, „polovodičové batérie“, ktoré sú v súčasnosti inzerované na hromadnú výrobu, nie sú všetky polovodičové batérie, ale polotuhé batérie.

Polotuhé batérie majú zvyčajne tuhý elektrolyt na jednej elektróde a tekutý elektrolyt na druhej. Mnoho ľudí, ktorí experimentujú s polotuhými batériami, je pre rýchle komerčné použitie. Napríklad Toyota si dala záležať na vývoji všetkých pevných batérií pre električky, ale hovorí, že postupne začne s „polopevnými“ batériami.

Keď Ning De povedal, že výroba vo veľkom bude trvať 10 rokov, myslel tým všetky batérie v pevnej fáze a to bol cieľ.

Budú polovodičové batérie Toyota a QuantumScape predstavovať hrozbu pre startupy?

Z pohľadu vývoja solid state batérie.

Inováciu technológie batérií v európskych a amerických krajinách vedú najmä startupy. Pretože malé podniky sú zodpovedné za inovácie v európskych a amerických krajinách a veľké podniky riešia problémy s inováciami prostredníctvom fúzií a akvizícií, nie je potrebné rozsiahle skúmanie.

V Japonsku dominujú tradičné automobilové a strojárske podniky, pretože japonské tradičné podniky sú veľmi perspektívne a chcú vyskúšať akúkoľvek novú technológiu.

Čína vstúpila na pole polovodičových batérií pomerne neskoro. Domnievame sa však, že polovodičové batérie nie sú také pôsobivé, ako popisujú médiá. Aj keď je vo výskume a vývoji medzera 1-2 roky, nestačí to na prevrátenie pozície vedúcej spoločnosti na výrobu batérií.

Po prvé, keď sa lítiové batérie stanú hlavným prúdom, rýchlo sa zlepšia. Súčasná tekutá verzia alebo sa bude naďalej zlepšovať, najmä ak dosiahnete 30% zlepšenie každý rok, 5 rokov, 10 rokov, zlepšená účinnosť batérie bude podobná ako pri polovodičovej batérii.

Po druhé, inovatívna technológia polovodičových batérií sa dá ľahko integrovať do podnikov. Pevná batéria je tiež cestou lítiovej batérie. Na ceste lítiovej batérie môžu tieto vylepšené technológie ľahko získať vedúce podniky. Pre prelom v novej technológii batérií sú prahové hodnoty a riziko výstavby továrne veľmi vysoké, takže veľa ľudí predá technológiu popredným podnikom, ktoré môžu rýchlo rozšíriť rozsah. Relatívna technologická medzera polovodičovej batérie je malá a výhoda veľkej šarže je samozrejme dôležitejšia pri komercializácii polovodičovej batérie.