Mis on tahkisakud?

Juba selle aasta mais on paljud meediaväljaanded pakkunud 6 miljardit tahkisaku projekti üles.

Pärast seda on mõned tahkispatareide ettevõtted teatanud, et nad industrialiseerivad 2027. aastal tahkispatareisid. Järgnesid mitmed pressikonverentsid, kus teatati, kui kõrge võib olla energiatihedus ja tsükli jõudlus. Tihti võib kuulda teatud ettevõtte üksiku raku energiatihedust 700+Wh/kg.

Niisiis, mis täpselt on tahkisaku? Millisele tasemele on turg nüüdseks jõudnud? Pärast paljude enda ümber olevate sõpradega suhtlemist avastasin, et esimene mõiste, mida on lihtne pooljuhtakudega segi ajada, on pooltahke ja täistahke.

Võib öelda, et peaaegu kõik praegu turul ringlevad nn pooljuhtakud on pool-tahkepatareid ehk siis tahkis-vedeliku segu. Pärast paljude tahkispatareide lahtivõtmist leiti aga, et nn tahke-vedeliku segu on tegelikult raskesti märgatav ja see on peaaegu sama, mis vedelatel akudel. Isegi mõne täpse iseloomustuse kaudu on raske vihjeid leida.

Hiina ettevõtteid on kaks esinduslikku: Qingtao ja Weilan. Qingtao põhisüsteem on liitiumraudfosfaat (loomulikult on neil ka kolmekomponentne süsteem) ja Weilani esindab kolmekomponentne (loomulikult on neil ka raudliitium). Esimene on peamiselt keraamilise katmise tehnoloogia ja teist reklaamitakse kui in situ kõvenemise tehnoloogiat (rõhk on reklaamil). Väidetavalt on Qingtaol praegu ringluses 380Wh/kg elemente ja Weilan müüb hetkel 350Wh/kg elemente võimsusega 110Ah.

Kuidas on lood tahkispatareidega? Täistahkepatareid jagunevad peamiselt oksiidideks, polümeerideks ja sulfiidideks (muidugi on ka halogeniide). Otsustades üldiste juhtivate ettevõtete praegust arengustaatust, on kogu tehnoloogiateekond sulfiid. Niinimetatud sulfiid-tahkepatarei on tegelikult segu positiivsetest ja negatiivsetest elektroodidest koos elektrolüütide ja juhtivate sideainetega, et moodustada positiivne elektrood (muidugi on olemas kuiv- ja märgmeetod) ning seejärel elektrolüüt ja väike kogus sideaine segatakse, et moodustada kile (loomulikult on olemas kuiv ja märg meetod). Kui see on märgmeetod, on sulfiidsüsteem lahustisüsteemi suhtes väga tundlik ja loomulikult on vaja spetsiaalset sideainet. Lõpuks on positiivsed ja negatiivsed elektroodid ning elektrolüüdi membraan virnastatud kiht-kihi haaval, et moodustada täielikult tahkis olev akuelement. Kõigil neil protsessidel on tühimik, mis blokeerib tahkispatareide industrialiseerimise.

Teine asi, mida on lihtne segi ajada, on pooljuhtaku=kõrge ohutus ja kõrge energiatihedus

See on enamiku inimeste, sealhulgas selle valdkonna inimeste suur arusaamatus. Nad arvavad, et tahkispatareidel on kõrge energiatihedus. Paljud inimesed väljaspool tööstust panevad oma lootused sageli tahkispatareidele, öeldes sageli, et "tahkepatareide väljatulekul pole vedelikku". Tegelikult see nii ei ole. Selle loogika mõistmiseks tuleb kõigepealt lähtuda energiatiheduse mõistest: energiatihedus=energia/kaal ja energia määrab materjal ise, seega määrab akuelemendi energiatiheduse materjalisüsteem. akust.

Raud-liitiumakud on hetkel 180Wh/kg. Kuna kolmekomponentsed akud jagunevad paljudeks süsteemideks, jääb nende energiatihedus põhimõtteliselt vahemikku 240-360 või isegi 380Wh/kg (rohkem kui 285Wh/kg vajab ränipõhiseid materjale). Muidugi on liitiumkoobaltoksiidi süsteemil põhimõtteliselt rohkem kui 200 energiatihedust. Nüüd on paljud turul olevad energiatiheduse propagandad jõudnud 450, 500, 600 või isegi 700 Wh/kg või rohkem. Põhimõtteliselt on negatiivse elektroodi materjal liitiummetall või puudub negatiivne elektrood. See on energiatiheduse üldine seisund. Tahkisakude positiivsed ja negatiivsed elektroodid ei ole vedelatest toorainetest eraldatud. Seetõttu ei ole tahkispatareide energiatihedus suurem kui vedelakudel.

Kõrge väärtus, millest kõik räägivad, põhineb tegelikult ootusel, et tahkisakud võivad kasutada liitiummetallist negatiivseid elektroode, et saavutada akuelemendi kõrge energiatihedus pärast ohutusprobleemi lahendamist, kuid see raskus ei ole väiksem kui probleemi lahendamine. vedelate liitiummetallist patareide ohutusprobleem. Seetõttu ei saa väita, et tahkispatareide energiatihedus on madal. Vastupidi, tegelikust arenguseisundist lähtudes on tahkispatareide energiatihedus madalam. Esimene tuleneb suure energiatarbega süsteemimaterjalide pealekandmisest, teine ​​aktiivsete materjalide osakaalust, kolmas elektrolüüdi membraani paksusest ja neljas probleemist, et kõik ei maksa. millele praegu palju tähelepanu pöörata. Tahkisakude tööks on vaja kõrgsurveklambrit. Klamber suurendab tegeliku kasutamise ajal elektriseadmete kaalu, vähendades seeläbi teatud määral akuelemendi energiatiheduse eelist.

Üldiselt on tahkispatareidel ohutus oluliselt paranenud (seal on tegelikud testid), kuid pehme pakkematerjaliga sulfiid-tahkepatareina on sulfiid ise materjal, millel on suured ohutusriskid. Teiseks on tahkisakude ohutuse parandamine samuti piiratud. See ei ole oma olemuselt ohutu. Teatud määral võib see siiski vallandada aku termilise jooksmise.

Ülaltoodu on suhteliselt makroskoopiline arusaam praegustest tahkis- ja pool-tahkepatareidest. Muidugi on pikas perspektiivis kõik-tahke olek endiselt optimistlik. Praegusest olukorrast lähtudes ei ole suure energiatarbega vedelakude ohutusprobleemide lahendamise raskus tingimata väiksem kui uue põlvkonna üliturvaliste täistahkepatareide väljatöötamise raskus. Usun, et üles- ja allavoolu tööstuskettide ühiste jõupingutustega suudame praegusest olukorrast läbi murda ja revolutsiooni ellu viia.

Märkus. Enamik sellel saidil kordustrükitud artikleid on kogutud Internetist. Artiklite autoriõigused kuuluvad algsele autorile ja algallikale. Artiklis olevad vaated on mõeldud ainult jagamiseks ja suhtlemiseks. Kui on autoriõigustega probleeme, andke mulle teada ja ma tegelen nendega õigeaegselt.