Czym są baterie półprzewodnikowe?

Już w maju tego roku wiele mediów rozsławiło projekt budowy 6 miliardów baterii półprzewodnikowych.

Następnie niektórzy producenci akumulatorów półprzewodnikowych ogłosiły, że w 2027 r. wprowadzą akumulatory w całości na rynek przemysłowy. Odbyły się różne konferencje prasowe, w których ogłoszono, jak wysoka może być gęstość energii i wydajność cykli. Często można usłyszeć gęstość energii pojedynczego ogniwa danej firmy wynoszącą 700+Wh/kg.

Czym właściwie jest bateria półprzewodnikowa? Jaki poziom osiągnął obecnie rynek? Po rozmowie z wieloma znajomymi wokół mnie odkryłem, że pierwszą koncepcją, którą łatwo pomylić z akumulatorami półprzewodnikowymi, są akumulatory półstałe i w pełni stałe.

Można powiedzieć, że prawie wszystkie krążące obecnie na rynku tzw. akumulatory półprzewodnikowe to akumulatory półprzewodnikowe, czyli mieszanina ciała stałego i cieczy. Jednak po rozebraniu wielu akumulatorów półprzewodnikowych stwierdzono, że tak zwana mieszanina ciała stałego i cieczy jest w rzeczywistości trudna do zauważenia i jest prawie taka sama jak stan akumulatorów płynnych. Nawet po dokładnych charakterystykach trudno jest znaleźć wskazówki.

Istnieją dwie reprezentatywne chińskie firmy: Qingtao i Weilan. Głównym systemem Qingtao jest fosforan litowo-żelazowy (oczywiście mają też system trójskładnikowy), a Weilan jest reprezentowany przez trójskładnikowy (oczywiście mają też żelazno-litowy). Pierwsza dotyczy głównie technologii powlekania ceramicznego, druga reklamowana jest jako technologia utwardzania in-situ (nacisk położony jest na reklamę). Mówi się, że Qingtao ma obecnie w obiegu ogniwa o mocy 380 Wh/kg, a Weilan sprzedaje obecnie ogniwa o mocy 350 Wh/kg i pojemności 110 Ah.

A co z bateriami całkowicie półprzewodnikowymi? Baterie całkowicie półprzewodnikowe dzielą się głównie na tlenki, polimery i siarczki (oczywiście są też halogenki). Sądząc po obecnym stanie rozwoju wiodących firm, cała ścieżka technologiczna to siarczek. Tak zwany akumulator półprzewodnikowy siarczkowy jest w rzeczywistości mieszaniną materiałów elektrody dodatniej i ujemnej z elektrolitami i środkami przewodzącymi spoiwo, tworząc elektrodę dodatnią (oczywiście istnieją metody suche i mokre), a następnie elektrolit i niewielka ilość spoiwo miesza się tak, aby powstał film (oczywiście są metody suche i mokre). Jeśli jest to metoda mokra, układ siarczkowy jest bardzo wrażliwy na układ rozpuszczalników i oczywiście wymagane jest specjalne spoiwo. Na koniec elektrody dodatnia i ujemna oraz membrana elektrolitu są ułożone warstwowo, tworząc całkowicie półprzewodnikowe ogniwo akumulatora. Każdy z tych procesów ma lukę, która blokuje industrializację akumulatorów całkowicie półprzewodnikowych.

Drugą rzeczą, którą łatwo pomylić, jest akumulator półprzewodnikowy=o wysokim bezpieczeństwie i dużej gęstości energii

Jest to duże niezrozumienie większości ludzi, w tym osób z branży. Uważają, że akumulatory całkowicie półprzewodnikowe mają dużą gęstość energii. Wiele osób spoza branży często pokłada nadzieje w bateriach całkowicie półprzewodnikowych, często twierdząc, że „gdy wyjdą baterie całkowicie półprzewodnikowe, nie będzie już płynu”. W rzeczywistości tak nie jest. Aby zrozumieć tę logikę, musimy najpierw zacząć od koncepcji gęstości energii: gęstość energii=energia/waga, a energia jest określana przez sam materiał, więc gęstość energii ogniwa akumulatora jest określana przez układ materialny baterii.

Baterie żelazo-litowe mają obecnie 180 Wh/kg. Ponieważ akumulatory trójskładnikowe są podzielone na wiele systemów, ich gęstość energii zasadniczo mieści się w przedziale 240-360, a nawet 380 Wh/kg (ponad 285 Wh/kg wymaga materiałów na bazie krzemu). Oczywiście układ tlenku litu i kobaltu ma w zasadzie ponad 200 gęstości energii. Obecnie wiele propagandowych informacji na temat gęstości energii dostępnych na rynku osiągnęło 450, 500, 600, a nawet 700 Wh/kg lub więcej. Zasadniczo materiałem elektrody ujemnej jest lit metaliczny lub brak elektrody ujemnej. Jest to ogólny stan gęstości energii. Materiały elektrod dodatnich i ujemnych akumulatorów całkowicie półprzewodnikowych nie zostały oddzielone od płynnych surowców. Dlatego gęstość energii akumulatorów całkowicie półprzewodnikowych nie będzie wyższa niż w przypadku akumulatorów płynnych.

Wysoka wartość, o której wszyscy mówią, w rzeczywistości opiera się na oczekiwaniu, że wszystkie akumulatory półprzewodnikowe będą mogły wykorzystywać ujemne elektrody litowo-metalowe w celu osiągnięcia dużej gęstości energii ogniwa akumulatora po rozwiązaniu problemu bezpieczeństwa, ale ta trudność polega nie mniej niż na rozwiązaniu problemu Problem bezpieczeństwa płynnych baterii litowo-metalowych. Dlatego nie można powiedzieć, że gęstość energii akumulatorów półprzewodnikowych jest niska. Wręcz przeciwnie, z aktualnego stanu rozwoju wynika, że ​​gęstość energii akumulatorów całkowicie półprzewodnikowych będzie niższa. Pierwsza wynika z zastosowania wysokoenergetycznych materiałów systemowych, druga z proporcji materiałów aktywnych, trzecia z grubości membrany elektrolitu, a czwarta z problemu, że nie wszyscy płacą obecnie poświęca się wiele uwagi. Działanie akumulatorów całkowicie półprzewodnikowych wymaga zacisku wysokociśnieniowego. Zacisk zwiększa ciężar sprzętu elektrycznego podczas rzeczywistego użytkowania, zmniejszając w ten sposób w pewnym stopniu przewagę gęstości energii ogniwa akumulatora.

Ogólnie rzecz biorąc, akumulatory półprzewodnikowe znacznie poprawiły bezpieczeństwo (istnieją aktualne testy), ale jako akumulator półprzewodnikowy siarczkowy z miękkim opakowaniem sam siarczek jest materiałem o dużym ryzyku bezpieczeństwa. Po drugie, poprawa bezpieczeństwa akumulatorów całkowicie półprzewodnikowych jest również ograniczona. Nie jest to z natury bezpieczne. W pewnym stopniu może to nadal powodować niekontrolowaną termiczną pracę akumulatora.

Powyżej przedstawiono stosunkowo makroskopowe zrozumienie obecnych akumulatorów półprzewodnikowych, w tym akumulatorów całkowicie półprzewodnikowych i półstałych. Oczywiście w dłuższej perspektywie zastosowanie wyłącznie półprzewodnikowych rozwiązań nadal napawa optymizmem. Z obecnej sytuacji trudność rozwiązania problemów bezpieczeństwa wysokoenergetycznych akumulatorów płynnych niekoniecznie jest mniejsza niż trudność w opracowaniu nowej generacji całkowicie bezpiecznych akumulatorów półprzewodnikowych. Wierzę, że dzięki wspólnym wysiłkom łańcuchów przemysłowych wyższego i niższego szczebla możemy przełamać status quo i przeprowadzić rewolucję.

Uwaga: większość artykułów przedrukowanych na tej stronie pochodzi z Internetu. Prawa autorskie do artykułów należą do pierwotnego autora i oryginalnego źródła. Poglądy zawarte w artykule służą wyłącznie do udostępniania i komunikacji. Jeśli wystąpią jakiekolwiek problemy dotyczące praw autorskich, daj mi znać, a zajmę się nimi na czas.