νέα

Η ανακάλυψη της ηλεκτρικής ενέργειας άλλαξε τον κόσμο και γέννησε μια σειρά από εφευρέσεις που έκαναν τη ζωή των ανθρώπων πιο ασφαλή, πιο υγιή, πιο αποτελεσματική και πιο άνετη. Οι μπαταρίες ανεβάζουν αυτήν την ανακάλυψη στο επόμενο επίπεδο, παρέχοντας έναν τρόπο αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας και χρήσης της για την τροφοδοσία κινητών συσκευών.

Επί του παρόντος, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου κυριαρχούν στην αγορά, αλλά ασφαλέστερες, υψηλότερης χωρητικότητας μπαταρίες στερεάς κατάστασης θα μπορούσαν να γίνουν η πηγή ενέργειας του κόσμου στο μέλλον και μπορεί ακόμη και να βοηθήσουν την ανθρωπότητα να ξεφύγει από τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής.

Κυψέλες μπαταρίας στερεάς κατάστασης που αναπτύχθηκαν ως υλικά CeraCharge επόμενης γενιάς. Πηγή εικόνας: Επίσημος ιστότοπος TDK

Ξεκινήστε με μια μικρή μπαταρία

Επί του παρόντος, μια χούφτα μικρές μπαταρίες στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούνται σε ορισμένα ρολόγια και ιατρικά εμφυτεύματα.

Ο Ιάπωνας κατασκευαστής ηλεκτρονικών ειδών TDK ανακοίνωσε ότι ανέπτυξε με επιτυχία μια νέα έκδοση της μπαταρίας στερεάς κατάστασης CeraCharge. Η ενεργειακή πυκνότητα μονάδας όγκου είναι τόσο υψηλή όσο 1.000 βατώρες ανά λίτρο, η οποία είναι περίπου 100 φορές μεγαλύτερη από την ενεργειακή πυκνότητα των παραδοσιακών μπαταριών στερεάς κατάστασης της TDK. Η TDK δεν αποκάλυψε πολλές λεπτομέρειες σχετικά με την αποκλειστική τεχνολογία της μπαταρίας, αλλά δήλωσε ότι χρησιμοποιεί μια άνοδο από κράμα λιθίου και έναν στερεό ηλεκτρολύτη με βάση οξείδιο, γεγονός που την καθιστά «εξαιρετικά ασφαλή».

Οι δυνατότητες αποθήκευσης ενέργειας της νέας έκδοσης των μπαταριών CeraCharge δείχνουν ότι η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας ή τα πιο συμπαγή σχέδια θα γίνουν σύντομα πραγματικότητα. Επιπλέον, η μπαταρία αναμένεται να είναι μια επαναφορτιζόμενη εναλλακτική λύση στις μπαταρίες κουμπιού μιας χρήσης με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα.

Η TDK σχεδιάζει αρχικά να εφαρμόσει την μπαταρία σε μικρά ηλεκτρονικά προϊόντα όπως ασύρματα ακουστικά, ακουστικά βαρηκοΐας και έξυπνα ρολόγια και εξέφρασε επίσης την επιθυμία της να εισέλθει σε ευρύτερες αγορές όπως τα smartphone.

«Καθώς η περιοχή της μπαταρίας αυξάνεται, γίνεται όλο και πιο δύσκολη η κατασκευή μιας ομοιόμορφης και υψηλής πυκνότητας δομής, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε δομικά ελαττώματα, όπως ρωγμές και παραμόρφωση», δήλωσε ο Hiroshi Sato, επικεφαλής του τμήματος Ενεργειακής Ανάπτυξης της TDK ξεκινήστε με μικρές Ξεκινήστε με μπαταρίες, συσσωρεύστε παραγωγή και πρακτική εμπειρία και, στη συνέχεια, εξερευνήστε σταδιακά τις δυνατότητες εμπορευματοποίησης των μεγάλων μπαταριών».

Προχωρήστε σταδιακά προς την εκβιομηχάνιση

Επί του παρόντος, παρά τη σημαντική πρόοδο στη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας και απόδοσης των μπαταριών ιόντων λιθίου, οι περιορισμοί χρόνου φόρτισης, το άγχος της αυτονομίας και οι ανησυχίες για την ασφάλεια παραμένουν βασικά εμπόδια που εμποδίζουν τα ηλεκτρικά οχήματα να αντικαταστήσουν πλήρως τα οχήματα με κινητήρα εσωτερικής καύσης. Σε αυτό το πλαίσιο, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης, ως ισχυρό εργαλείο για την τεχνολογική καινοτομία των ηλεκτρικών οχημάτων, περνούν σταδιακά από το στάδιο έρευνας και ανάπτυξης στη βιομηχανοποίηση.

Το 2023, η Toyota ένωσε τα χέρια με την ιαπωνική ενεργειακή εταιρεία Idemitsu Kosan και ανακοίνωσε ότι θα ξεκινήσει την παραγωγή μπαταριών στερεάς κατάστασης από το 2027 έως το 2028.

Ανοδική επίσης για τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι η Mercedes-Benz. Η εταιρεία πιστεύει ότι οι μπαταρίες αυτοκινήτων στερεάς κατάστασης μπορούν να παρέχουν σχεδόν διπλάσια γκάμα από μπαταρίες ιόντων λιθίου και σχεδιάζει να βάλει τέτοιες μπαταρίες σε μαζική παραγωγή έως το 2030.

Πρόσφατα, η PowerCo, μια εταιρεία μπαταριών που ανήκει στη Volkswagen, κατέληξε σε στρατηγική συνεργασία με την QuantumScape, μια αμερικανική εταιρεία ανάπτυξης μπαταριών σε στερεά κατάσταση, για την εισαγωγή τεχνολογίας μπαταριών λιθίου στερεάς κατάστασης, με στόχο την παραγωγή μπαταριών που μπορούν να καλύψουν τις ανάγκες έως και 1 εκατομμύριο ηλεκτρικά οχήματα κάθε χρόνο.

Η μοναδική τεχνολογία του QuantumScape συνδυάζει στερεούς και υγρούς ηλεκτρολύτες, αποφεύγοντας αποτελεσματικά τα προβλήματα δενδρίτη και αναμένεται να αυξήσει την αυτονομία πλεύσης των ηλεκτρικών οχημάτων από τα υπάρχοντα περισσότερα από 500 χιλιόμετρα σε 800 χιλιόμετρα, γεγονός που θα προωθήσει περαιτέρω την εμπορευματοποίηση της τεχνολογίας μπαταριών στερεάς κατάστασης.

Αποθήκευση ενέργειας δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας

Επί του παρόντος, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου αποτελούν τον πυρήνα των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών, αλλά οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης θεωρούνται δυνητικά καλύτερη λύση λόγω της εξαιρετικής ασφάλειας, της μεγαλύτερης διάρκειας κύκλου ζωής και της υψηλότερης ενεργειακής πυκνότητας. Ωστόσο, η μεγάλης κλίμακας εφαρμογή των μπαταριών στερεάς κατάστασης εξακολουθεί να χρειάζεται να ξεπεράσει το υψηλό κόστος κατασκευής και τις πολύπλοκες διαδικασίες των μπαταριών μεγάλου μεγέθους.

Η Dragonfly Energy είναι μια από τις εταιρείες που προσπαθούν να λύσουν αυτό το πρόβλημα. Το 2023, η εταιρεία απέκτησε ένα δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τεχνολογίας κατασκευής που αναμένεται να άρει τεχνικά εμπόδια στην κατασκευή μπαταριών στερεάς κατάστασης στον τομέα της αποθήκευσης ενέργειας στο δίκτυο. Ταυτόχρονα, η αμερικανική κατασκευάστρια μπαταριών ION Storage Systems εγκαινίασε ένα νέο εργοστάσιο τον Απρίλιο του τρέχοντος έτους, εστιάζοντας στην παραγωγή μπαταριών στερεάς κατάστασης με χρήση κεραμικών ηλεκτρολυτών και μεταλλικών ανοδίων λιθίου για την κάλυψη των αναγκών αποθήκευσης δικτύου, ηλεκτρικών οχημάτων και άλλων τομέων. Στόχος είναι η επέκταση της παραγωγικής ικανότητας σε 0,5 GWh έως το 2028.

Διαφοροποιημένες μορφές υλικού

Αν και μπορεί να περάσουν αρκετά χρόνια μέχρι να διατεθούν εμπορικά ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρίες στερεάς κατάστασης σε μεγάλη κλίμακα, και μπορεί να χρειαστεί περισσότερος χρόνος για να δημιουργηθούν καθαρά δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, η σταθερή πρόοδος αυτής της τεχνολογίας από τον ερευνητικό πύργο ελεφαντόδοντου στη βιομηχανοποίηση είναι ενθαρρυντικό.

Τον Ιανουάριο του τρέχοντος έτους, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ στις Ηνωμένες Πολιτείες κυκλοφόρησαν μια μπαταρία στερεάς κατάστασης που περιέχει πυρίτιο στην άνοδο, η οποία μπορεί να φορτιστεί σε 10 λεπτά. Στα τέλη Ιουλίου, Δανοί ερευνητές ανέφεραν ότι είχαν αναπτύξει μια μπαταρία στερεάς κατάστασης χωρίς λίθιο, κατασκευασμένη από ορυκτά που βρίσκονται σε πετρώματα. ηλεκτρολύτες.

Όσο το κύμα της καινοτομίας συνεχίζει να αυξάνεται, ο μελλοντικός κόσμος θα είναι μάρτυρας της τεχνολογίας μπαταριών στερεάς κατάστασης σε διαφοροποιημένες μορφές υλικών, δίνοντας στα ηλεκτρικά οχήματα μεγαλύτερης διάρκειας «ζωτικότητα» και μεγαλύτερη διάρκεια διαδρομής και σταθερότητας, που οδηγεί την ανθρωπότητα προς μια νέα εποχή πιο πράσινης και αποδοτικότερης ενέργειας. (Ρεπόρτερ Zhang Jiaxin)