uutiset

Sähkön löytäminen muutti maailmaa ja synnytti joukon keksintöjä, jotka tekivät ihmisten elämästä turvallisempaa, terveellisempää, tehokkaampaa ja mukavampaa. Akut vievät tämän löydön uudelle tasolle tarjoten tavan varastoida sähköä ja käyttää sitä mobiililaitteiden virtalähteenä.

Tällä hetkellä litiumioniakut hallitsevat markkinoita, mutta turvallisemmista, tehokkaammista puolijohdeakuista voi tulla tulevaisuudessa maailman virtalähde ja ne voivat jopa auttaa ihmiskuntaa pakenemaan ilmastonmuutoksen vaikutuksia.

Solid-state-akkukennot, jotka on kehitetty seuraavan sukupolven CeraCharge-materiaaleina. Kuvan lähde: TDK:n virallinen verkkosivusto

Aloita pienellä akulla

Tällä hetkellä joissakin kelloissa ja lääketieteellisissä implanteissa käytetään kourallista pieniä solid-state-akkuja.

Japanilainen elektroniikkavalmistaja TDK ilmoitti kehittäneensä onnistuneesti uuden version CeraCharge-solidstate-akusta. Sen yksikkötilavuusenergiatiheys on jopa 1 000 wattituntia litrassa, mikä on noin 100 kertaa TDK:n perinteisten solid-state-akkujen energiatiheys. TDK ei ole paljastanut monia yksityiskohtia akun patentoidusta tekniikasta, mutta on ilmoittanut, että se käyttää litiumseoksesta valmistettua anodia ja oksidipohjaista kiinteää elektrolyyttiä, mikä tekee siitä "erittäin turvallisen".

CeraCharge-akkujen uuden version energian varastointiominaisuudet osoittavat, että pidempi akkukesto tai kompaktimpi malli tulee pian todellisuutta. Lisäksi akun odotetaan olevan ladattava vaihtoehto korkean energiatiheyden omaaville kertakäyttöisille nappiparistoille.

TDK aikoo aluksi käyttää akkua pieniin elektronisiin tuotteisiin, kuten langattomiin kuulokkeisiin, kuulokojeisiin ja älykelloihin, ja ilmaisi myös halunsa päästä laajemmille markkinoille, kuten älypuhelimiin.

"Akun pinta-alan kasvaessa on yhä vaikeampaa valmistaa yhtenäistä ja tiheää rakennetta, mikä voi johtaa rakenteellisiin virheisiin, kuten halkeamiin ja muodonmuutoksiin, sanoi TDK:n energiakehitysosaston päällikkö Hiroshi Sato Aloita pienestä Aloita akuista, kerää tuotantoa ja käytännön kokemusta ja tutki sitten vähitellen suurten akkujen kaupallistamismahdollisuuksia.”

Siirtykää vähitellen kohti teollistumista

Huolimatta litiumioniakkujen kustannustehokkuuden ja suorituskyvyn merkittävästä edistymisestä, latausajan rajoitukset, toimintaetäisyys ja turvallisuusongelmat ovat edelleen keskeisiä esteitä, jotka estävät sähköajoneuvoja korvaamasta täysin polttomoottorikäyttöisiä ajoneuvoja. Tässä yhteydessä solid-state-akut, jotka ovat tehokas työkalu sähköajoneuvojen teknologisessa innovaatiossa, ovat vähitellen siirtymässä tutkimus- ja kehitysvaiheesta teollistumiseen.

Vuonna 2023 Toyota liittyi japanilaisen energiayhtiön Idemitsu Kosanin kanssa ja ilmoitti aloittavansa puolijohdeakkujen tuotannon vuosina 2027–2028.

Myös solid-state-akuissa nouseva on Mercedes-Benz. Yhtiö uskoo, että autojen solid-state-akut voivat tarjota lähes kaksinkertaisen valikoiman litiumioniakkuja, ja he suunnittelevat saavansa tällaiset akut massatuotantoon vuoteen 2030 mennessä.

Volkswagenin omistama akkuyhtiö PowerCo solmi äskettäin strategisen yhteistyön yhdysvaltalaisen täysin solid-state-akkujen kehittäjän QuantumScapen kanssa solid-state-litiummetalliakkuteknologian käyttöönottamiseksi. Tavoitteena on tuottaa akkuja, jotka pystyvät vastaamaan jopa akkujen tarpeisiin. miljoona sähköautoa vuodessa.

QuantumScapen ainutlaatuinen teknologia yhdistää kiinteät ja nestemäiset elektrolyytit välttäen tehokkaasti dendriittiongelmia ja sen odotetaan kasvattavan sähköajoneuvojen matkamatkaa nykyisestä yli 500 kilometristä 800 kilometriin, mikä edistää entisestään solid-state-akkuteknologian kaupallistamista.

Sähköverkon energian varastointi

Tällä hetkellä litiumioniakut ovat akkuenergian varastointijärjestelmien ydin, mutta solid-state-akkuja pidetään mahdollisesti parempana ratkaisuna niiden erinomaisen turvallisuuden, pidemmän käyttöiän ja korkeamman energiatiheyden vuoksi. Solid-state-akkujen laajamittaisen käytön on kuitenkin voitettava suurikokoisten akkujen korkeat valmistuskustannukset ja monimutkaiset prosessit.

Dragonfly Energy on yksi yrityksistä, jotka yrittävät ratkaista tämän ongelman. Vuonna 2023 yritys sai valmistusteknologian patentin, jonka odotetaan poistavan sähkön varastoinnin alalla kiinteän tilan akkujen valmistuksen tekniset esteet. Samaan aikaan yhdysvaltalainen akkuvalmistaja ION Storage Systems käynnisti uuden tehtaan tämän vuoden huhtikuussa, ja se keskittyy puolijohdeakkujen tuotantoon käyttämällä keraamisia elektrolyyttejä ja litiummetallianodeja verkkovarastoinnin, sähköajoneuvojen ja muiden alojen tarpeisiin. Tavoitteena on kasvattaa tuotantokapasiteetti 0,5 GWh:iin vuoteen 2028 mennessä.

Monipuoliset materiaalimuodot

Vaikka saattaa kulua vielä useita vuosia ennen kuin puolijohdeakuilla varustettuja sähköajoneuvoja on kaupallisesti saatavilla suuressa mittakaavassa, ja puhtaiden sähköverkkojen rakentaminen voi jopa kestää kauemmin, tämän tekniikan tasainen kehitys tutkimusnorsunluutornista teollistumiseen on rohkaisevaa.

Tämän vuoden tammikuussa yhdysvaltalaisen Harvardin yliopiston tutkijat lanseerasivat puolijohdeakun, joka sisältää piitä anodissa ja joka voidaan ladata 10 minuutissa. Tanskalaiset tutkijat ilmoittivat heinäkuun lopussa kehittäneensä kivistä löytyvistä mineraaleista valmistettua litiumia sisältämättömän solid-state-akun. Solid-state-elektrolyyttimateriaali on halpaa, tehokasta, ympäristöystävällistä ja toimii paremmin kuin kiinteä litiumpohjainen. elektrolyytit.

Niin kauan kuin innovaatioaalto jatkaa nousuaan, tulevaisuuden maailma tulee todistamaan solid-state-akkuteknologiaa monipuolisissa materiaalimuodoissa, mikä antaa sähköajoneuvoille pidempään "elinvoimaa" ja pidemmän matkan. Se auttaa myös sähköverkkoa saavuttamaan ennennäkemättömän puhtauden ja vakautta, joka näyttää tietä ihmiskunta siirtyy kohti vihreämmän ja tehokkaamman energian aikakautta. (Reportteri Zhang Jiaxin)