новости

Открытие электричества изменило мир и породило ряд изобретений, которые сделали жизнь людей безопаснее, здоровее, эффективнее и комфортнее. Аккумуляторы выводят это открытие на новый уровень, предоставляя возможность хранить электроэнергию и использовать ее для питания мобильных устройств.

В настоящее время на рынке доминируют литий-ионные батареи, но более безопасные твердотельные батареи большей емкости могут стать мировым источником энергии в будущем и даже помочь человечеству избежать последствий изменения климата.

Твердотельные аккумуляторные элементы разработаны как материалы CeraCharge нового поколения. Источник изображения: официальный сайт TDK.

Начните с маленькой батареи

В настоящее время в некоторых часах и медицинских имплантатах используется несколько небольших твердотельных батарей.

Японский производитель электроники TDK объявил, что успешно разработал новую версию твердотельного аккумулятора CeraCharge. Его удельная объемная плотность энергии достигает 1000 ватт-часов на литр, что примерно в 100 раз превышает плотность энергии традиционных твердотельных батарей TDK. TDK не раскрыла подробностей о запатентованной технологии батареи, но заявила, что в ней используется анод из литиевого сплава и твердый электролит на основе оксидов, что делает ее «чрезвычайно безопасной».

Возможности накопления энергии новой версии батарей CeraCharge указывают на то, что более длительный срок службы батарей и более компактный дизайн вскоре станут реальностью. Кроме того, ожидается, что батарея станет перезаряжаемой альтернативой одноразовым таблеточным батарейкам с высокой плотностью энергии.

Первоначально TDK планирует использовать батарею в небольших электронных продуктах, таких как беспроводные наушники, слуховые аппараты и умные часы, а также выразила желание выйти на более широкие рынки, такие как смартфоны.

«Поскольку площадь батареи увеличивается, становится все труднее производить однородную конструкцию с высокой плотностью, что может привести к структурным дефектам, таким как трещины и деформация», — сказал Хироши Сато, руководитель отдела энергетического развития TDK. «TDK планирует это сделать. начните с малого. Начните с батарей, накопите производственный и практический опыт, а затем постепенно изучайте потенциал коммерциализации больших батарей».

Постепенно двигаться к индустриализации

В настоящее время, несмотря на значительный прогресс в экономической эффективности и производительности литий-ионных аккумуляторов, ограничения по времени зарядки, беспокойство по поводу запаса хода и проблемы безопасности остаются ключевыми препятствиями, не позволяющими электромобилям полностью заменить автомобили с двигателями внутреннего сгорания. В этом контексте твердотельные аккумуляторы как мощный инструмент технологических инноваций в электромобилях постепенно переходят от стадии исследований и разработок к индустриализации.

В 2023 году Toyota объединилась с японской энергетической компанией Idemitsu Kosan и объявила, что начнет производство твердотельных аккумуляторов с 2027 по 2028 год.

Mercedes-Benz также оптимистично настроен в отношении твердотельных аккумуляторов. Компания считает, что твердотельные автомобильные аккумуляторы могут обеспечить почти вдвое больший запас хода, чем литий-ионные, и планируют запустить такие аккумуляторы в массовое производство к 2030 году.

Недавно PowerCo, компания по производству аккумуляторов, принадлежащая Volkswagen, заключила стратегическое сотрудничество с QuantumScape, американским разработчиком полностью твердотельных аккумуляторов, с целью внедрения технологии твердотельных литий-металлических аккумуляторов с целью производства аккумуляторов, способных удовлетворить потребности до 1 миллион электромобилей ежегодно.

Уникальная технология QuantumScape сочетает в себе твердые и жидкие электролиты, что позволяет эффективно избежать проблем с дендритами и, как ожидается, увеличит запас хода электромобилей с существующих более чем 500 километров до 800 километров, что будет способствовать дальнейшему коммерциализации технологии твердотельных аккумуляторов.

Хранение энергии в электросети

В настоящее время литий-ионные батареи являются основой аккумуляторных систем хранения энергии, но твердотельные батареи считаются потенциально лучшим решением из-за их превосходной безопасности, более длительного срока службы и более высокой плотности энергии. Тем не менее, крупномасштабное применение твердотельных батарей по-прежнему требует преодоления высоких производственных затрат и сложных процессов, связанных с батареями большого размера.

Dragonfly Energy — одна из компаний, пытающихся решить эту проблему. В 2023 году компания получила патент на технологию производства, которая, как ожидается, устранит технические препятствия на пути производства твердотельных батарей в области сетевого хранения энергии. В то же время американский производитель аккумуляторов ION Storage Systems в апреле этого года запустил новый завод, сосредоточившись на производстве твердотельных аккумуляторов с использованием керамических электролитов и литий-металлических анодов для удовлетворения потребностей сетевых накопителей, электромобилей и других областей. Целью является увеличение производственных мощностей до 0,5 ГВтч к 2028 году.

Разнообразные материальные формы

Хотя, возможно, пройдет еще несколько лет, прежде чем электромобили с твердотельными батареями станут коммерчески доступными в больших масштабах, и может даже потребоваться больше времени, чтобы помочь построить чистые электросети, устойчивый прогресс этой технологии от исследовательской башни из слоновой кости до индустриализации обнадеживает.

В январе этого года исследователи из Гарвардского университета в США представили твердотельную батарею с кремниевым анодом, которую можно заряжать за 10 минут. В конце июля датские исследователи сообщили, что они разработали безлитиевую твердотельную батарею, изготовленную из минералов, обнаруженных в горных породах. Материал твердотельного электролита дешев, эффективен, экологичен и работает лучше, чем твердый литий. электролиты.

Пока волна инноваций продолжает расти, мир будущего станет свидетелем технологии твердотельных аккумуляторов в разнообразных материальных формах, что обеспечит электромобилям более длительную «жизнеспособность» и более продолжительное путешествие. Это также поможет энергосистеме достичь беспрецедентной чистоты. и стабильность, ведущая путь. Человечество движется к новой эре более экологичной и эффективной энергетики. (Репортер Чжан Цзясинь)