Kokia yra kietojo kūno baterijų problema?

Kietojo kūno baterijos buvo pasveikintos kaip kitas didelis energijos kaupimo technologijos proveržis, žadantis didesnį energijos tankį, greitesnį įkrovimo laiką ir pagerintą saugumą, palyginti su tradicinėmis ličio jonų baterijomis. Nepaisant jų potencialo, šie pažengę energijos šaltiniai dar nepadarė didelio poveikio rinkai. Šiame straipsnyje mes ištirsime pagrindinius iššūkius, su kuriais susiduriaKietosios būklės baterijosIr kodėl jie netapo įprasti mūsų prietaisuose ir elektrinėse transporto priemonėse.

Kodėl kietojo kūno baterijos dar nėra plačiai priimamos?

Lėtai kietojo kūno akumuliatorių pritaikymas gali būti priskiriamas įvairiems veiksniams, o techniniai iššūkiai yra vieni ryškiausių. KolKietosios būklės baterijosparodė perspektyvius laboratorinių parametrų rezultatus, kad šie pasiekimai būtų paversti praktinėmis, realaus pasaulio programomis, pasirodė esanti reikšminga kliūtis.

Viena iš pirminių problemų yra kietojo elektrolito ir elektrodų sąsajoje. Tradicinėse ličio jonų akumuliatoriuose skystas elektrolitas gali lengvai tekėti ir prisitaikyti prie elektrodų paviršiaus, užtikrinant pastovų kontaktą. Tačiau kietojo kūno akumuliatoriuose daug sunkiau palaikyti patikimą kontaktą tarp kietojo elektrolito ir elektrodų. Šis sklandaus ryšio trūkumas gali sukelti sumažėjusį našumą ir pablogėjimo potencialą laikui bėgant, todėl sudėtinga pasiekti norimą šių baterijų efektyvumą ir ilgaamžiškumą.

Kitas didelis iššūkis yra dendritų-mažų, į adatą panašių struktūrų, kurios gali išsivystyti iš anodo ir prasiskverbti į elektrolitą, susidarymas. Kietojo kūno akumuliatoriuose dendritai gali sukelti vidinius trumpus junginius, o tai gali sukelti akumuliatoriaus gedimą ar net saugos riziką. Nors tyrėjai aktyviai kuria naujas medžiagas ir gamybos metodus, skirtus spręsti šią problemą, dendrito formavimas išlieka viena iš pagrindinių kliūčių plačiai paplitusiam kietojo kūno baterijų naudojimui.

Be to, jautrumas temperatūrai yra dar vienas apribojimas. Daugelis kietų elektrolitų yra linkę optimaliai veikti tik esant aukštesnei temperatūrai, o tai riboja jų praktinį naudojimą įvairiose programose, ypač vartotojų elektronikoje ir elektrinėse transporto priemonėse. Šiems įrenginiams reikalingos baterijos, kurios gali efektyviai veikti įvairiuose aplinkos sąlygų spektre, todėl jautrumas temperatūrai yra kritinis iššūkis, kurį reikia įveikti.

Kokie gamybos iššūkiai yra susiję su kietojo kūno baterijomis?

Kietojo kūno baterijų gamyba kelia unikalius gamybos iššūkius, kurie kliudė jų komercializavimui. Vienas iš pirminių sunkumų yra gamybos padidėjimas nuo mažų laboratorinių prototipų iki didelio masto gamybos procesų, tinkamų masinei gamybai.

Norint gaminti kietų elektrolitų, reikia tiksliai valdyti medžiagų sudėties ir perdirbimo sąlygas. Daugelis kietų elektrolitų yra labai jautrūs drėgmei ir orui, todėl reikia specializuotos gamybos aplinkos, turinčios griežtą drėgmę ir atmosferos kontrolę. Tai padidina gamybos proceso sudėtingumą ir išlaidas.

Kitas gamybos iššūkis yra vienodos ir be defektų sąsajos tarp kietojo elektrolito ir elektrodų. Bet kokie šių sąsajų trūkumai ar spragos gali turėti didelę įtaką akumuliatoriaus našumui ir ilgaamžiškumui. Patikimų ir ekonomiškų metodų, kaip sukurti šias sąsajas mastu, kūrimas yra nuolatinė tyrimų ir plėtros sritis.

Kietojo kūno baterijų surinkimui taip pat reikalingi nauji gamybos būdai ir įranga. Tradicinės akumuliatorių gamybos linijos yra skirtos skystų elektrolitų sistemoms ir nėra tiesiogiai pritaikytos kietojo kūno akumuliatorių gamybai. Tai reiškia, kad norint į rinką pritraukti kietojo kūno baterijas, reikalingas reikšmingas investicijas į naujas gamybos įrenginius ir įrangą.

Be to, medžiagos, naudojamosKietosios būklės baterijosDažnai reikia apdoroti aukštą temperatūrą, kuri gali būti daug energijos reikalaujanti ir brangi. Efektyvesnių ir ekonomiškesnių gamybos metodų kūrimas yra labai svarbus norint, kad kietojo kūno baterijos būtų komerciškai gyvybingos.

Kokios yra dabartinės kietojo kūno akumuliatorių technologijos kainos kliūtys?

Didelės kietojo kūno akumuliatorių kaina šiuo metu yra viena reikšmingiausių kliūčių plačiai pritaikyti. Keletas veiksnių prisideda prie jų padidėjusio kainos taško, palyginti su tradicinėmis ličio jonų baterijomis.

Pirma, medžiagos, naudojamos kietojo kūno akumuliatoriuose, dažnai yra brangesnės nei įprastose baterijose. Didelio našumo kieti elektrolitai, tokie kaip keraminės ar stiklo pagrindu pagamintos medžiagos, gali būti brangios gaminti ir apdoroti. Be to, kai kuriems kietojo kūno akumuliatorių konstrukcijai reikalingos specializuotos elektrodų medžiagos, dar labiau padidinant bendrąsias medžiagų sąnaudas.

Reikalingi sudėtingi gamybos procesaiKietosios būklės baterijosTaip pat prisideda prie jų didelių išlaidų. Kaip minėta anksčiau, būtina specializuota gamybos aplinka ir nauja gamybos įranga, kuriai reikalingos didelės kapitalo investicijos. Kol gamyba nebus padidinta ir optimizuota, šios išlaidos ir toliau atsispindės galutinės produkto kainoje.

Tyrimo ir plėtros išlaidos yra dar vienas veiksnys, padidinantis kietojo kūno baterijų kainą. Nemažai išteklių investuojami į techninių iššūkių įveikimą ir akumuliatoriaus našumo gerinimą. Šios mokslinių tyrimų ir plėtros išlaidos dažnai atsižvelgiama į ankstyvųjų komercinių produktų kainą.

Be to, dabartiniai kietojo kūno baterijų gamybos apimtys reiškia, kad masto ekonomija dar nebuvo įgyvendinta. Kai gamyba padidėja ir taps efektyvesnė, tikimasi, kad išlaidos sumažės. Tačiau kainų pariteto pasiekimas naudojant įprastas ličio jonų baterijas išlieka svarbus iššūkis kietojo kūno akumuliatorių pramonei.

Nepaisant šių išlaidų kliūčių, daugelis ekspertų mano, kad kietojo kūno akumuliatoriai ateityje gali tapti konkurencingesnė. Didėjant gamybos procesams ir padidėja gamybos apimtys, tikimasi, kad kainų skirtumas tarp kietojo kūno ir tradicinių baterijų susiaurės.

Apibendrinant galima pasakyti, kad nors kietojo kūno baterijos labai žada energijos kaupimo ateitį, prieš pradėdami platų pritaikymą, reikia įveikti keletą reikšmingų iššūkių. Techniniai klausimai, gamybos sudėtingumas ir kainų kliūtys ir toliau trukdo jų komercializavimui. Tačiau nuolatinės tyrimų ir plėtros pastangos daro nuolatinę pažangą sprendžiant šiuos iššūkius.

Jei jus domina buvimas akumuliatorių technologijos priešakyje ir ištirti pažangiausias energijos kaupimo sprendimus, kviečiame sužinoti daugiau apie mūsųKietosios būklės baterijos. „Zye“ esame įsipareigoję peržengti akumuliatorių technologijos ribas, kad patenkintume besikeičiančius mūsų klientų poreikius. Susisiekite su mumis šiandiencathy@zyepower.comNorėdami sužinoti, kaip galime padėti įjungti jūsų būsimas naujoves.

Nuorodos

1. Johnsonas, A. (2023). "Įveikti iššūkius kuriant kietojo kūno akumuliatorių." Žurnalas „Advanced Energy Storage“, 45 (2), 112–128.

2. Smith, L. ir kt. (2022). "Kietojo kūno baterijų gamybos procesai: dabartinė būsena ir ateities perspektyvos." Išplėstinė medžiagų apdorojimas, 18 (4), 567-583.

3. Chen, H., & Wang, Y. (2023). "Kietojo kūno akumuliatorių gamybos išlaidų analizė: kliūtys ir galimybės". Tarptautinis energetikos ekonomikos ir politikos žurnalas, 13 (3), 289–305.

4. Thompson, R. (2022). "Sąsajos iššūkiai kietojo kūno akumuliatoriuose: išsami apžvalga". Medžiagos šiandien energija, 24, 100956.

5. Zhang, X. ir kt. (2023). "Naujausi kietų elektrolitų medžiagų pažanga naujos kartos baterijoms." „Nature Energy“, 8 (5), 431–448.