Твердотельные и полимерные батареи 2021-2031: технологии, прогнозы, игроки
Типичный коммерческий аккумуляторный элемент обычно состоит из катода, анода, сепаратора и электролита. Одна из самых успешных коммерческих батарей, которые у нас есть до сих пор, основана на литий-ионной технологии, которая коммерциализируется с 1991 года. Однако их всемирный успех и распространение в бытовой электронике и электромобилях (EV) не может скрыть их ограничений с точки зрения безопасности, производительность и форм-фактор, это связано с базовой технологией.
В наиболее широко используемых коммерческих литий-ионных технологиях используется жидкий электролит с солями лития, такими как LiPF 6 , LiBF 4 или LiClO 4 в органическом растворителе. Однако граница разделения из твердого электролита (SEI), которая является результатом разложения электролита на отрицательном электроде, ограничивает эффективную проводимость. Кроме того, жидкий электролит требует дорогостоящих мембран для разделения катода и анода, а также непроницаемого кожуха для предотвращения утечки. Следовательно, размер и свобода форм конструкции этих батарей ограничены. Кроме того, у жидких электролитов есть проблемы с безопасностью и здоровьем, поскольку они используют легковоспламеняющиеся и коррозионные жидкости. Firegate от Samsung и десятки случаев возгорания электромобилей особенно подчеркнули риски, которым подвергаются даже крупные компании при использовании легковоспламеняющихся жидких электролитов.
Твердотельные электролиты могут решить все эти аспекты, особенно на рынках электромобилей, носимых устройств и дронов. Их первое применение было в 70-х годах в качестве первичных батарей для кардиостимуляторов, когда лист литиевого металла контактировал с твердым йодом. Два материала ведут себя как короткозамкнутый элемент, и их реакция приводит к образованию слоя иодида лития (LiI) на их границе раздела. После образования слоя LiI очень небольшой постоянный ток может течь от литиевого анода к йодному катоду в течение нескольких лет. Перенесемся в 2011 год, и исследователи из Toyota и Токийского технологического института заявили об открытии материала на основе сульфидов, который имеет такую же ионную проводимость, что и жидкий электролит, что было немыслимо еще десять лет назад. Пять лет спустя, они смогли удвоить это значение, что сделало твердотельные электролиты привлекательными также для приложений с высокой мощностью и быстрой зарядки. До недавнего времени мы слышали планы о том, что твердотельные батареи будут использоваться в электромобилях через несколько лет. Эти интересы и разработки стимулировали исследования и инвестиции в новые категории материалов и систем хранения энергии, которые могут утроить текущую плотность энергии литий-ионных аккумуляторов.
В твердотельных батареях и электроды, и электролиты, как следует из названия, твердые. Твердотельный электролит обычно ведет себя также как сепаратор, что позволяет уменьшить размер за счет исключения определенных компонентов (например, сепаратора и корпуса). Следовательно, их можно сделать более тонкими, гибкими и содержать больше энергии на единицу веса, чем у обычных литий-ионных аккумуляторов. Кроме того, удаление жидких электролитов может быть способом создания более безопасных и долговечных батарей, поскольку они более устойчивы к изменениям температуры и физическим повреждениям, возникающим во время использования. Твердотельные батареи могут выдерживать большее количество циклов зарядки / разрядки до того, как они выйдут из строя, что обещает более длительный срок службы.
В условиях, когда на рынке аккумуляторов в настоящее время доминируют азиатские компании, европейские и американские фирмы стремятся выиграть эту гонку, которая, по их мнению, может снизить добавленную стоимость от Японии, Китая и Южной Кореи. Выбор различных материалов и изменение производственных процедур указывают на перестановки в цепочке поставок аккумуляторов. Как с технологической точки зрения, так и с точки зрения бизнеса, разработка твердотельных аккумуляторов стала частью стратегии аккумуляторов следующего поколения. Это превратилось в глобальную игру с региональными интересами и государственной поддержкой.
Кроме того, в связи с быстрым ростом рынка электромобилей и требованиями регулирования для увеличения дальности действия аккумуляторные технологии с лучшими характеристиками, включая повышенную безопасность и более высокую плотность энергии, привлекают внимание поставщиков аккумуляторов, производителей автомобилей, поставщиков материалов и инвесторов. Географическая близость к рынку приложений, полная и безопасная цепочка поставок, превосходная производительность и потенциал для сравнения затрат или даже снижения — все эти факторы побуждают десятки игроков окунуться в бизнес твердотельных аккумуляторов.
Промышленность твердотельных электролитов с 10-летним прогнозом до 2031 года с точки зрения производства производственных мощностей и размера рынка, прогнозируется на уровне более 8 миллиардов долларов.
Игроки проводящие исследования:
24M, Applied Materials, BatScap (Bolloré Group) / Bathium, Beijing Easpring Material Technology, BMW, BrightVolt, BYD, CATL, Cenat, CEA Tech, China Aviation Lithium Battery, Coslight, Cymbet, EMPA, Enovate Motors, FDK, Fisker Inc., Flashcharge Batteries, Fraunhofer Batterien, Front Edge Technology, Ganfeng Lithium, Giessen University, Guangzhou Great Power, Guoxuan High-Tech Power Energy, Hitachi Zosen, Hyundai, Ilika, IMEC, Infinite Power Solutions, Institute of Chemistry Chinese Academy of Sciences, Ionic Materials, ITEN, Jiawei Long powers Solid-State Storage Technology RuGao City Co.,Ltd, JiaWei Renewable Energy, Johnson Battery Technologies, Kalptree Energy, Magnis Energy Technologies, Mitsui Metal, Murata, National Battery, National Interstellar Solid State Lithium Electricity Technology, NGK/NTK, Ningbo Institute of Materials Technology & Engineering, CAS, Oak Ridge Energy Technologies, Ohara, Panasonic, Planar Energy, Polyplus, Prieto Battery, ProLogium, Qing Tao Energy Development Co., QuantumScape, Sakti 3, Samsung SDI, Schott AG, SEEO, Solidenergy, Solid Power, Solvay, Sony, STMicroelectronics, Taiyo Yuden, TDK, Tianqi Lithium, Toshiba, Toyota, ULVAC, University of Münster, Volkswagen, Wanxian A123 Systems, WeLion New Energy Technology, Zhongtian Technology
Почти способен синтезировать обратный захват серотонина.
