Saat ini, kendaraan energi baru secara bertahap telah menjadi arus utama pasar mobil, dan baterai daya kendaraan energi baru telah menjadi perhatian utama bagi banyak konsumen. baterai solid state telah menjadi jenis baterai yang baru dan populer.
Daftar Isi
Apa yang dimaksud dengan baterai solid state?
1. Definisi baterai solid state
Menurut klasifikasi elektrolit, baterai lithium dapat dibagi menjadi empat kategori: cair, semi-padat, semipadat, dan serba padat, di mana semi-padat, semipadat, dan serba padat secara kolektif disebut baterai solid state. Dan karena kondisi elektrolit yang berbeda, baterai solid state berbeda dari baterai lithium-ion cair dalam hal struktur.
2. Pengembangan baterai lithium
Seiring dengan perkembangan industri baterai lithium persyaratan inti untuk baterai lithium seperti kapasitas spesifik, efisiensi pertama kali, keamanan, dan waktu siklus semakin tinggi di bidang baterai daya dan baterai penyimpanan energi. Kepadatan energi baterai daya lithium-ion diperkirakan akan meningkat menjadi lebih dari 300Wh / kg dalam lima tahun ke depan, tetapi sulit untuk mencapai target kepadatan energi baterai yang lebih tinggi dari 350Wh / kg dengan mengandalkan sistem terner yang ada.
Baterai solid state memiliki peningkatan yang jelas dalam kapasitas dan keamanan spesifik karena strukturnya, bahan katodabahan anoda dan bahan elektrolit.
Perbandingan antara baterai cair dan baterai solid state
1. Keamanan
Bahaya keamanan baterai cair terutama disebabkan oleh elektrolit cair. Menurut berita terbaru, kecelakaan yang disebabkan oleh baterai pada kendaraan listrik terutama disebabkan oleh pembakaran spontan dan deflagrasi. Dan pemicu utama pembakaran spontan adalah pelarian termal dari paket baterai. Baterai mengalami korsleting di lingkungan yang terlalu banyak diisi, suhu rendah atau suhu tinggi, dan baterai melepaskan banyak panas dalam waktu singkat, yang menyulut elektrolit cair di dalam baterai dan akhirnya menyebabkan baterai terbakar.
Baterai solid state, di sisi lain, menggunakan elektrolit padat, yang sebagian besar tidak mudah terbakar, memecahkan sifat mudah terbakar elektrolit; pada saat yang sama, film elektrolit padat padat dan tidak berpori, dengan kekuatan mekanik yang tinggi, secara efektif menghambat masalah korsleting yang disebabkan oleh elektroda negatif; ini juga lebih baik daripada elektrolit dalam hal stabilitas termal dan elektrokimia, yang sangat meningkatkan kinerja keselamatan baterai lithium.
2. Kepadatan energi
Kepadatan energi baterai secara langsung ditentukan oleh kapasitas gram teoritis dan perbedaan potensial elektrokimia dari bahan katoda dan anoda. Menurut kemajuan terbaru dari baterai solid state, kepadatan energi baterai silinder besar Tesla 4680 adalah 283Wh / kg, sedangkan menurut struktur baterai solid state CATL, kepadatan energi lithium besi fosfat 160wh / kg, nikel terner tinggi hingga 250wh / kg.
Dan pada bulan Oktober 2022 NASA memperkenalkan di situs resminya, penelitian dan pengembangan NASA saat ini tentang kepadatan energi baterai solid state yang berhasil mencapai 500Wh/kg, hampir dua kali lebih tinggi dari nikel tinggi terner.
Bahan katoda dan anoda baterai solid state dapat digunakan dengan perbedaan potensial yang lebih besar, dan karena keunggulan stabilitas struktur padat, kapasitas bahan katoda dan anoda dapat diperluas dalam proses manufaktur untuk meningkatkan kepadatan energi baterai secara keseluruhan.
Semua baterai solid state dapat menggunakan logam litium sebagai elektroda negatif (kapasitas spesifik logam litium hampir 10 kali lipat dari elektroda negatif grafit), yang diharapkan dapat meningkatkan kepadatan energi lebih dari 50% di bawah sistem elektroda positif yang sama, dan pada saat yang sama meningkatkan kepadatan energi PACK baterai dan mengurangi biaya baterai.
Rute teknologi bahan elektrolit solid-state
Persyaratan utama yang harus difokuskan dalam proses pembuatan elektrolit solid-state berkinerja tinggi meliputi.
① Konduktivitas listrik yang tinggi.
Stabilitas kimiawi yang baik, tidak bereaksi dengan bahan internal baterai.
③ Angka migrasi ion lithium yang tinggi, angka migrasi ion yang lebih besar dari 1 adalah kondisi yang paling ideal.
④ Sifat mekanis dan ketangguhan, untuk lima tingkat elektrolit padat, pada umumnya terdapat fenomena yang lebih rapuh dan rapuh.
Saat ini ada tiga rute teknis utama dengan elektrolit padat: polimer, oksida, dan sulfida. Parameter performa dari ketiga jenis elektrolit padat tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing.
Menurut permintaan informasi publik, pada Oktober 2022 produk rute sulfida NASA, kepadatan energinya mencapai 500 Wh/kg. 2018 Suzhou, China, mengiklankan pengembangan produk berdasarkan rute oksida, kepadatan energi baterai solid state mencapai 400 Wh / kg; pada bulan Desember 2019 Sakti3 mengklaim telah mengembangkan baterai solid state dengan kepadatan energi lebih dari 1000 Wh / kg.
Antarmuka baterai solid state
Antarmuka baterai solid state mengacu pada: (1) Antarmuka di dalam elektrolit padat
② Antarmuka di dalam material katoda komposit
③ Antarmuka antara elektrolit padat dan bahan katoda
④ Antarmuka antara elektrolit padat dan bahan elektroda negatif
Konsep antarmuka diinduksi dalam baterai solid state terutama karena antarmuka fase padat dari bahan padat tidak memiliki keterbasahan di antara keduanya, sehingga sulit untuk melakukan kontak yang cukup dan membentuk resistensi kontak yang lebih tinggi. Selain itu, fenomena seperti interdifusi unsur dan pembentukan lapisan muatan ruang terjadi selama siklus, yang mempengaruhi kinerja sel. Sejumlah besar batas butir ada dalam elektrolit kristal, dan resistansi batas butir yang tinggi tidak kondusif untuk pengangkutan ion litium antara elektroda positif dan negatif.
Untuk meningkatkan kinerja antarmuka yang berbeda (misalnya, konduktivitas, lapisan muatan ruang, dll.), diperlukan R&D dan desain khusus dalam struktur, proses persiapan, dan pemilihan bahan baterai solid state.
Permintaan pasar
Permintaan global untuk baterai solid state pada tahun 2030 diperkirakan akan mendekati 500GWH, dengan ruang pasar lebih dari 150 miliar, di mana permintaan untuk baterai daya solid state lebih dari 350GWH.
Menurut perkiraan Institut, pengiriman baterai solid state China diperkirakan akan tumbuh dengan kecepatan tinggi dari tahun 2022 hingga 2030, dan dapat melebihi 250 GWH pada tahun 2030, sementara di sisi biaya, dengan kemajuan teknologi baterai solid state yang berkelanjutan, harga biaya baterai solid state juga akan terus menurun, dengan harga biaya baterai solid state di China diperkirakan akan turun dari 1,9 yuan / Wh pada tahun 2022 menjadi 0,8 yuan / Wh pada tahun 2030.
Harga biaya baterai lithium terner pada tahun 2022 adalah sekitar 1 yuan / Wh, dan harga biaya baterai lithium besi fosfat adalah 0,8 yuan / Wh.
Untuk saat ini, baterai cair memiliki keuntungan lebih besar dalam hal biaya dibandingkan dengan baterai solid state. Namun, dengan perkembangan teknologi baterai solid state dan implementasi produksi massal, biayanya akan mendekati biaya baterai cair, sementara keuntungan dari kepadatan energi yang tinggi dan keamanan yang tinggi akan disorot.
Ayan Chen
Para pembaca yang budiman, perjalanan profesional saya dimulai dengan gelar master di bidang Teknik Elektronik, setelah itu saya mengarahkan fokus saya pada sistem penukaran baterai lithium. Sebagai seorang insinyur di sebuah perusahaan baterai ternama, saya tidak hanya dengan sepenuh hati berkontribusi dalam beberapa proyek stasiun penukaran baterai yang sukses, tetapi juga mendapatkan banyak pengalaman. Melalui tulisan ini, saya bercita-cita untuk berbagi wawasan dan pengetahuan tentang penukaran baterai sepeda motor untuk Anda.
Penelitian industri baterai solid state
Apa yang dimaksud dengan baterai solid state?
1. Definisi baterai solid state
Menurut klasifikasi elektrolit, baterai lithium dapat dibagi menjadi empat kategori: cair, semi-padat, semipadat, dan serba padat, di mana semi-padat, semipadat, dan serba padat secara kolektif disebut baterai solid state. Dan karena kondisi elektrolit yang berbeda, baterai solid state berbeda dari baterai lithium-ion cair dalam hal struktur.
2. Pengembangan baterai lithium
Seiring dengan perkembangan industri baterai lithium persyaratan inti untuk baterai lithium seperti kapasitas spesifik, efisiensi pertama kali, keamanan, dan waktu siklus semakin tinggi di bidang baterai daya dan baterai penyimpanan energi. Kepadatan energi baterai daya lithium-ion diperkirakan akan meningkat menjadi lebih dari 300Wh / kg dalam lima tahun ke depan, tetapi sulit untuk mencapai target kepadatan energi baterai yang lebih tinggi dari 350Wh / kg dengan mengandalkan sistem terner yang ada.
Baterai solid state memiliki peningkatan yang jelas dalam kapasitas dan keamanan spesifik karena strukturnya, bahan katodabahan anoda dan bahan elektrolit.
Perbandingan antara baterai cair dan baterai solid state
1. Keamanan
Bahaya keamanan baterai cair terutama disebabkan oleh elektrolit cair. Menurut berita terbaru, kecelakaan yang disebabkan oleh baterai pada kendaraan listrik terutama disebabkan oleh pembakaran spontan dan deflagrasi. Dan pemicu utama pembakaran spontan adalah pelarian termal dari paket baterai. Baterai mengalami korsleting di lingkungan yang terlalu banyak diisi, suhu rendah atau suhu tinggi, dan baterai melepaskan banyak panas dalam waktu singkat, yang menyulut elektrolit cair di dalam baterai dan akhirnya menyebabkan baterai terbakar.
Baterai solid state, di sisi lain, menggunakan elektrolit padat, yang sebagian besar tidak mudah terbakar, memecahkan sifat mudah terbakar elektrolit; pada saat yang sama, film elektrolit padat padat dan tidak berpori, dengan kekuatan mekanik yang tinggi, secara efektif menghambat masalah korsleting yang disebabkan oleh elektroda negatif; ini juga lebih baik daripada elektrolit dalam hal stabilitas termal dan elektrokimia, yang sangat meningkatkan kinerja keselamatan baterai lithium.
2. Kepadatan energi
Kepadatan energi baterai secara langsung ditentukan oleh kapasitas gram teoritis dan perbedaan potensial elektrokimia dari bahan katoda dan anoda. Menurut kemajuan terbaru dari baterai solid state, kepadatan energi baterai silinder besar Tesla 4680 adalah 283Wh / kg, sedangkan menurut struktur baterai solid state CATL, kepadatan energi lithium besi fosfat 160wh / kg, nikel terner tinggi hingga 250wh / kg.
Dan pada bulan Oktober 2022 NASA memperkenalkan di situs resminya, penelitian dan pengembangan NASA saat ini tentang kepadatan energi baterai solid state yang berhasil mencapai 500Wh/kg, hampir dua kali lebih tinggi dari nikel tinggi terner.
Bahan katoda dan anoda baterai solid state dapat digunakan dengan perbedaan potensial yang lebih besar, dan karena keunggulan stabilitas struktur padat, kapasitas bahan katoda dan anoda dapat diperluas dalam proses manufaktur untuk meningkatkan kepadatan energi baterai secara keseluruhan.
Semua baterai solid state dapat menggunakan logam litium sebagai elektroda negatif (kapasitas spesifik logam litium hampir 10 kali lipat dari elektroda negatif grafit), yang diharapkan dapat meningkatkan kepadatan energi lebih dari 50% di bawah sistem elektroda positif yang sama, dan pada saat yang sama meningkatkan kepadatan energi PACK baterai dan mengurangi biaya baterai.
Rute teknologi bahan elektrolit solid-state
Persyaratan utama yang harus difokuskan dalam proses pembuatan elektrolit solid-state berkinerja tinggi meliputi.
① Konduktivitas listrik yang tinggi.
Stabilitas kimiawi yang baik, tidak bereaksi dengan bahan internal baterai.
③ Angka migrasi ion lithium yang tinggi, angka migrasi ion yang lebih besar dari 1 adalah kondisi yang paling ideal.
④ Sifat mekanis dan ketangguhan, untuk lima tingkat elektrolit padat, pada umumnya terdapat fenomena yang lebih rapuh dan rapuh.
Saat ini ada tiga rute teknis utama dengan elektrolit padat: polimer, oksida, dan sulfida. Parameter performa dari ketiga jenis elektrolit padat tersebut memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing.
Menurut permintaan informasi publik, pada Oktober 2022 produk rute sulfida NASA, kepadatan energinya mencapai 500 Wh/kg. 2018 Suzhou, China, mengiklankan pengembangan produk berdasarkan rute oksida, kepadatan energi baterai solid state mencapai 400 Wh / kg; pada bulan Desember 2019 Sakti3 mengklaim telah mengembangkan baterai solid state dengan kepadatan energi lebih dari 1000 Wh / kg.
Antarmuka baterai solid state
Antarmuka baterai solid state mengacu pada:
(1) Antarmuka di dalam elektrolit padat
② Antarmuka di dalam material katoda komposit
③ Antarmuka antara elektrolit padat dan bahan katoda
④ Antarmuka antara elektrolit padat dan bahan elektroda negatif
Konsep antarmuka diinduksi dalam baterai solid state terutama karena antarmuka fase padat dari bahan padat tidak memiliki keterbasahan di antara keduanya, sehingga sulit untuk melakukan kontak yang cukup dan membentuk resistensi kontak yang lebih tinggi. Selain itu, fenomena seperti interdifusi unsur dan pembentukan lapisan muatan ruang terjadi selama siklus, yang mempengaruhi kinerja sel. Sejumlah besar batas butir ada dalam elektrolit kristal, dan resistansi batas butir yang tinggi tidak kondusif untuk pengangkutan ion litium antara elektroda positif dan negatif.
Untuk meningkatkan kinerja antarmuka yang berbeda (misalnya, konduktivitas, lapisan muatan ruang, dll.), diperlukan R&D dan desain khusus dalam struktur, proses persiapan, dan pemilihan bahan baterai solid state.
Permintaan pasar
Permintaan global untuk baterai solid state pada tahun 2030 diperkirakan akan mendekati 500GWH, dengan ruang pasar lebih dari 150 miliar, di mana permintaan untuk baterai daya solid state lebih dari 350GWH.
Menurut perkiraan Institut, pengiriman baterai solid state China diperkirakan akan tumbuh dengan kecepatan tinggi dari tahun 2022 hingga 2030, dan dapat melebihi 250 GWH pada tahun 2030, sementara di sisi biaya, dengan kemajuan teknologi baterai solid state yang berkelanjutan, harga biaya baterai solid state juga akan terus menurun, dengan harga biaya baterai solid state di China diperkirakan akan turun dari 1,9 yuan / Wh pada tahun 2022 menjadi 0,8 yuan / Wh pada tahun 2030.
Harga biaya baterai lithium terner pada tahun 2022 adalah sekitar 1 yuan / Wh, dan harga biaya baterai lithium besi fosfat adalah 0,8 yuan / Wh.
Untuk saat ini, baterai cair memiliki keuntungan lebih besar dalam hal biaya dibandingkan dengan baterai solid state. Namun, dengan perkembangan teknologi baterai solid state dan implementasi produksi massal, biayanya akan mendekati biaya baterai cair, sementara keuntungan dari kepadatan energi yang tinggi dan keamanan yang tinggi akan disorot.