Baterai solid state Toyota- terobosan baru dan sejarah pengembangan
Dalam hal produksi massal, biaya dan manufaktur, baterai solid state selalu menghadapi banyak tantangan. Siapa pun yang dapat mengatasi masalah biaya dan produksi massal akan memimpin dalam merebut pasar. Menurut Financial Times, yang baru Baterai solid state Toyota akan diproduksi secara massal pada tahun 2027. Dengan produksi massal baterai solid state Toyota, seluruh industri kendaraan listrik dapat memasuki babak baru inovasi.
Daftar Isi
Terobosan baru baterai solid state Toyota
Menurut laporan Financial Associated Press, Toyota mengatakan pada tanggal 4 Juli 2023 bahwa mereka telah membuat terobosan besar dalam baterai solid state teknologi. Berat, volume, dan biaya baterai solid state Toyota akan berkurang separuhnya, dan masa pakai baterai dapat mencapai 1.200 kilometer setelah pengisian daya selama 10 menit atau kurang. Dan proses produksi baterai telah sangat disederhanakan, sehingga mengurangi biaya teknologi generasi berikutnya.
Toyota, produsen mobil terbesar kedua di dunia, telah menyusun rencana untuk meluncurkan kendaraan listrik dengan baterai solid state Toyota yang canggih pada tahun 2025.
Kaida Keiji, presiden Pusat Penelitian dan Pengembangan Netral Karbon Toyota, mengatakan: "Apakah itu baterai cair atau baterai solid state, tujuan kami adalah untuk sepenuhnya mengubah situasi saat ini di mana baterai terlalu besar, terlalu berat, dan terlalu mahal. Dalam hal potensi dalam hal ini, kami akan berusaha untuk mengurangi separuh dari faktor-faktor ini."
Kaida mencatat bahwa perusahaan telah mengembangkan cara untuk meningkatkan daya tahan baterai dan percaya bahwa mereka sekarang dapat membuat baterai solid state dengan jangkauan 1.200 kilometer dan waktu pengisian daya 10 menit atau kurang. David Bailey, profesor ekonomi bisnis di University of Birmingham, percaya bahwa jika klaim Toyota benar, ini bisa menjadi momen penting bagi masa depan kendaraan listrik.
Sejarah pengembangan baterai solid state Toyota
Toyota diakui di industri ini sebagai salah satu produsen paling kuat di bidang baterai solid state. Toyota selalu mengikuti rute sulfida di bidang baterai all-solid-state, dan telah memiliki lebih dari 1.000 paten. Pada awal Agustus 2020, kendaraan listrik Toyota yang dilengkapi dengan baterai all-solid-state telah mendapatkan lisensi dan mulai melakukan uji coba.
Meskipun memiliki kekuatan teknis yang kuat, penelitian Toyota di bidang baterai solid state Toyota tidak berjalan mulus, dan waktu produksi massal baterai solid state Toyota telah tertunda beberapa kali. Saat ini, baterai solid state Toyota telah menetapkan waktu produksi massal hingga 2027-2028. Dapat dilihat bahwa penelitian dan pengembangan serta produksi massal baterai solid state sulit dilakukan, dan kegigihan serta desakan Toyota pada baterai solid state juga terlihat.
Pada tahun 2025, baterai solid state Toyota akan mencapai produksi massal skala kecil dan pertama kali digunakan pada model hibrida. Pada tahun 2030, baterai solid state Toyota akan mencapai produksi yang berkelanjutan dan stabil.
"Selama proses pengembangan, kami mempelajari bahwa ion dalam baterai all-solid-state akan bergerak dengan kecepatan tinggi di dalam baterai untuk mencapai output daya yang tinggi, dan kami berharap fitur ini dapat digunakan pada kendaraan hibrida untuk memanfaatkan manfaat baterai all-solid-state." kata Toyota.
Pada tahun 2021, Toyota Motor mengumumkan bahwa pada tahun 2030, Toyota Motor akan menginvestasikan 1,5 triliun JPY untuk pengembangan baterai daya dan rantai pasokan baterainya, dengan tujuan untuk memimpin dalam teknologi otomotif utama pada dekade berikutnya dan mempertahankan daya saing yang langgeng dalam harga kendaraan listrik dan hibrida.
Kementerian Ekonomi, Perdagangan, dan Industri Jepang mengumumkan pada tanggal 16 Juni 2023 bahwa mereka akan memberikan subsidi untuk investasi baterai yang direncanakan Toyota.
Salah satu subsidi adalah baterai lithium iron phosphate (LFP), meskipun juga akan dengan penuh semangat mengembangkan baterai all-solid-state, yang dianggap sebagai kandidat kuat untuk baterai generasi berikutnya, tetapi Toyota percaya bahwa baterai lithium iron phosphate dapat diproduksi dengan biaya rendah adalah kunci dari strategi elektrik, sehingga berencana untuk mempercepat pengembangan.
Jumlah total bisnis terkait EV Toyota yang ditargetkan untuk mendapatkan subsidi diperkirakan mencapai sekitar 330 miliar JPY, di mana 117,8 miliar JPY akan disediakan oleh subsidi Kementerian Ekonomi, Perdagangan, dan Industri Jepang.
Toyota akan meningkatkan kapasitas produksi tahunan sebesar 25 ribu watt dengan memperkuat lini produksi baterai EV, termasuk pabrik Himeji dari Prime Planet Energy & Solutions (PPES), sebuah perusahaan baterai yang didanai bersama dengan Panasonic Holdings.
Keuntungan dari baterai solid state
The anoda baterai lithium ion(elektrolit dan diafragma), adalah tiga komponen penting dari baterai lithium ion cair. Baterai solid state, seperti namanya, menggantikan elektrolit cair dengan padatan. The bahan baterai yang umum digunakan adalah sulfida, polimer dan oksida, dan anoda baterai juga dapat diganti dengan logam lithium.
Keuntungan terbesar dari desain ini adalah dapat meningkatkan kepadatan energi baterai. Karena kepadatan padatan jauh lebih tinggi daripada cairan, kepadatan energi baterai solid state setidaknya dua kali lipat dari baterai lithium ion cair. Misalnya, kepadatan energi baterai CATL Kirin adalah 255 Wh / kg, dan baterai solid state dapat dengan mudah mencapai 500 Wh / kg.
Pada saat yang sama, karena logam litium dalam baterai solid state dapat langsung digunakan sebagai anoda, tidak hanya lebih baik daripada elektroda negatif grafit tradisional, tetapi juga tidak perlu pemisah baterai lithium dan struktur lainnya, yang dapat membuat baterai lebih ringan dan tipis.
Selain itu, stabilitas baterai solid state jauh lebih tinggi daripada baterai lithium cair. Baterai lithium cair mudah sekali memunculkan dendrit lithium di dalamnya setelah digunakan dalam waktu yang lama. Ini seperti jarum yang perlahan-lahan tumbuh keluar dari katoda dan semakin lama semakin panjang dari waktu ke waktu.
Bila cukup lama untuk menusuk pemisah, baterai akan mengalami korsleting. Setelah kemasan baterai rusak karena kekuatan eksternal, maka akan mudah kehilangan kontrol suhu di bawah pengaruh korsleting dan suhu tinggi, dan pada akhirnya menyebabkan asap baterai, kebakaran, atau bahkan ledakan.
Elektrolit baterai solid state adalah polimer, oksida, sulfida, tahan suhu tinggi, tahan korosi, tidak mudah menguap, dan pada dasarnya tidak ada risiko pembakaran spontan. Bahkan jika kekuatan eksternal benar-benar menembus dan menusuk, ada kemungkinan besar bahwa pembakaran spontan yang cepat dan ledakan tidak akan terjadi, yang berarti baterai solid state memiliki lebih banyak keuntungan dalam keamanan baterai ion.
Kesulitan dalam produksi massal baterai solid-state
Menurut Laporan Riset Huatai Securities, diperkirakan ruang pasar baterai solid state global akan melebihi 300 miliar RMB pada tahun 2030. Menghadapi pasar yang begitu besar, semua negara secara aktif berencana untuk memanfaatkan peluang tersebut.
Tiga puluh tahun yang lalu, Oak Ridge National Laboratory di Amerika Serikat mengklaim telah menciptakan baterai solid-state, namun sayangnya hingga saat ini belum mampu mencapai produksi massal. Dalam dua tahun terakhir, dengan popularitas kendaraan energi baru di dunia, perusahaan telah berulang kali melaporkan kemajuan produksi massal baterai solid state. Di balik pasar baterai solid state yang panas, masih banyak kekurangan yang tidak bisa diabaikan.
Produksi massal baterai solid state menghadapi banyak tantangan seperti masalah material, masalah antarmuka, dan masalah teknik. Ini juga merupakan rintangan yang sulit bagi produsen baterai, karena biaya baterai semi-padat saat ini jauh lebih tinggi daripada baterai cair komersial.
Menurut penelitian dan perhitungan industri, dengan mengambil baterai cair NCM811 dan baterai semi-padat NCM811 sebagai contoh, biaya baterai semi-padat sekitar 80% lebih tinggi daripada baterai cair. Di antara mereka, biaya elektrolit padat adalah biaya baru utama dan biaya utama dalam baterai semi-padat, terhitung sekitar 50%.
Karena faktor-faktor seperti perubahan bahan elektrolit, perubahan proses produksi, dan siklus verifikasi teknik yang panjang yang disebabkan oleh pengalaman kontrol kualitas produk yang tidak memadai, baterai all-solid-state akan lebih mahal daripada baterai semi-solid-state.
Untuk mengukur apakah baterai daya dapat diproduksi secara massal pada akhirnya, terutama ada lima indikator, yaitu kepadatan energi, kinerja laju pengisian daya, biaya, keamanan, dan masa pakai. Hasil penelitian laboratorium baterai daya umumnya mencapai terobosan besar dalam satu atau beberapa indikator pada tahap tertentu, dan produksi massal hanya mungkin dilakukan jika persyaratan lima indikator terpenuhi pada saat yang bersamaan.
Oleh karena itu, terobosan teknologi pada baterai solid state Toyota memiliki arti penting bagi industri kendaraan listrik.
Kemajuan baru dalam teknologi baterai solid state global
Meskipun teknologi baterai solid state masih menghadapi banyak tantangan, namun teknologi ini masih menjadi tujuan yang dikejar oleh industri baterai lithium. Dapat dipahami bahwa perusahaan Jepang telah berinvestasi paling banyak dalam baterai solid state secara global, termasuk Toyota, yang memiliki paten paling banyak untuk teknologi baterai solid state.
Kabar baiknya, menurut laporan, Profesor Ma Cheng dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok telah mengembangkan jenis elektrolit padat baru. Performa keseluruhannya mirip dengan elektrolit padat sulfida dan klorida yang paling canggih, tetapi biayanya lebih murah daripada 4% yang terakhir. Cocok untuk aplikasi industri.
Meskipun memiliki keunggulan biaya yang kuat, kinerja komprehensif lithium zirkonium oksiklorida sebanding dengan elektrolit solid-state sulfida dan klorida yang paling canggih.
Eksperimen telah membuktikan bahwa baterai lithium solid-state yang terdiri dari lithium zirkonium oksiklorida dan elektroda positif terner nikel tinggi telah menunjukkan kinerja yang sangat baik: di bawah kondisi pengisian cepat selama 12 menit, baterai masih berhasil melakukan siklus pada suhu kamar selama lebih dari 2000 siklus.
Menurut para peneliti, lithium zirkonium oksiklorida dapat mencapai kinerja yang serupa dengan elektrolit solid-state sulfida dan klorida yang paling canggih dengan biaya terendah saat ini, yang sangat penting bagi industrialisasi baterai lithium semua solid-state.
Hailey
Hai, saya Hailey, Sejak saya lulus dengan gelar master saya di bidang fisika, saya telah mendedikasikan diri saya pada industri baterai lithium dan bekerja dengan insinyur baterai lithium untuk menyelesaikan berbagai proyek desain dan manufaktur baterai lithium. Berdasarkan pengetahuan elektronik sebagai insinyur baterai lithium selama lebih dari 4 tahun, saya sekarang terutama bertanggung jawab untuk menulis konten tentang baterai lithium dan saya ingin berbagi pandangan saya dengan Anda.
Baterai solid state Toyota- terobosan baru dan sejarah pengembangan
Terobosan baru baterai solid state Toyota
Menurut laporan Financial Associated Press, Toyota mengatakan pada tanggal 4 Juli 2023 bahwa mereka telah membuat terobosan besar dalam baterai solid state teknologi. Berat, volume, dan biaya baterai solid state Toyota akan berkurang separuhnya, dan masa pakai baterai dapat mencapai 1.200 kilometer setelah pengisian daya selama 10 menit atau kurang. Dan proses produksi baterai telah sangat disederhanakan, sehingga mengurangi biaya teknologi generasi berikutnya.
Toyota, produsen mobil terbesar kedua di dunia, telah menyusun rencana untuk meluncurkan kendaraan listrik dengan baterai solid state Toyota yang canggih pada tahun 2025.
Kaida Keiji, presiden Pusat Penelitian dan Pengembangan Netral Karbon Toyota, mengatakan: "Apakah itu baterai cair atau baterai solid state, tujuan kami adalah untuk sepenuhnya mengubah situasi saat ini di mana baterai terlalu besar, terlalu berat, dan terlalu mahal. Dalam hal potensi dalam hal ini, kami akan berusaha untuk mengurangi separuh dari faktor-faktor ini."
Kaida mencatat bahwa perusahaan telah mengembangkan cara untuk meningkatkan daya tahan baterai dan percaya bahwa mereka sekarang dapat membuat baterai solid state dengan jangkauan 1.200 kilometer dan waktu pengisian daya 10 menit atau kurang. David Bailey, profesor ekonomi bisnis di University of Birmingham, percaya bahwa jika klaim Toyota benar, ini bisa menjadi momen penting bagi masa depan kendaraan listrik.
Sejarah pengembangan baterai solid state Toyota
Toyota diakui di industri ini sebagai salah satu produsen paling kuat di bidang baterai solid state. Toyota selalu mengikuti rute sulfida di bidang baterai all-solid-state, dan telah memiliki lebih dari 1.000 paten. Pada awal Agustus 2020, kendaraan listrik Toyota yang dilengkapi dengan baterai all-solid-state telah mendapatkan lisensi dan mulai melakukan uji coba.
Meskipun memiliki kekuatan teknis yang kuat, penelitian Toyota di bidang baterai solid state Toyota tidak berjalan mulus, dan waktu produksi massal baterai solid state Toyota telah tertunda beberapa kali. Saat ini, baterai solid state Toyota telah menetapkan waktu produksi massal hingga 2027-2028. Dapat dilihat bahwa penelitian dan pengembangan serta produksi massal baterai solid state sulit dilakukan, dan kegigihan serta desakan Toyota pada baterai solid state juga terlihat.
Pada tahun 2025, baterai solid state Toyota akan mencapai produksi massal skala kecil dan pertama kali digunakan pada model hibrida. Pada tahun 2030, baterai solid state Toyota akan mencapai produksi yang berkelanjutan dan stabil.
"Selama proses pengembangan, kami mempelajari bahwa ion dalam baterai all-solid-state akan bergerak dengan kecepatan tinggi di dalam baterai untuk mencapai output daya yang tinggi, dan kami berharap fitur ini dapat digunakan pada kendaraan hibrida untuk memanfaatkan manfaat baterai all-solid-state." kata Toyota.
Pada tahun 2021, Toyota Motor mengumumkan bahwa pada tahun 2030, Toyota Motor akan menginvestasikan 1,5 triliun JPY untuk pengembangan baterai daya dan rantai pasokan baterainya, dengan tujuan untuk memimpin dalam teknologi otomotif utama pada dekade berikutnya dan mempertahankan daya saing yang langgeng dalam harga kendaraan listrik dan hibrida.
Kementerian Ekonomi, Perdagangan, dan Industri Jepang mengumumkan pada tanggal 16 Juni 2023 bahwa mereka akan memberikan subsidi untuk investasi baterai yang direncanakan Toyota.
Salah satu subsidi adalah baterai lithium iron phosphate (LFP), meskipun juga akan dengan penuh semangat mengembangkan baterai all-solid-state, yang dianggap sebagai kandidat kuat untuk baterai generasi berikutnya, tetapi Toyota percaya bahwa baterai lithium iron phosphate dapat diproduksi dengan biaya rendah adalah kunci dari strategi elektrik, sehingga berencana untuk mempercepat pengembangan.
Jumlah total bisnis terkait EV Toyota yang ditargetkan untuk mendapatkan subsidi diperkirakan mencapai sekitar 330 miliar JPY, di mana 117,8 miliar JPY akan disediakan oleh subsidi Kementerian Ekonomi, Perdagangan, dan Industri Jepang.
Toyota akan meningkatkan kapasitas produksi tahunan sebesar 25 ribu watt dengan memperkuat lini produksi baterai EV, termasuk pabrik Himeji dari Prime Planet Energy & Solutions (PPES), sebuah perusahaan baterai yang didanai bersama dengan Panasonic Holdings.
Keuntungan dari baterai solid state
The anoda baterai lithium ion(elektrolit dan diafragma), adalah tiga komponen penting dari baterai lithium ion cair. Baterai solid state, seperti namanya, menggantikan elektrolit cair dengan padatan. The bahan baterai yang umum digunakan adalah sulfida, polimer dan oksida, dan anoda baterai juga dapat diganti dengan logam lithium.
Keuntungan terbesar dari desain ini adalah dapat meningkatkan kepadatan energi baterai. Karena kepadatan padatan jauh lebih tinggi daripada cairan, kepadatan energi baterai solid state setidaknya dua kali lipat dari baterai lithium ion cair. Misalnya, kepadatan energi baterai CATL Kirin adalah 255 Wh / kg, dan baterai solid state dapat dengan mudah mencapai 500 Wh / kg.
Pada saat yang sama, karena logam litium dalam baterai solid state dapat langsung digunakan sebagai anoda, tidak hanya lebih baik daripada elektroda negatif grafit tradisional, tetapi juga tidak perlu pemisah baterai lithium dan struktur lainnya, yang dapat membuat baterai lebih ringan dan tipis.
Selain itu, stabilitas baterai solid state jauh lebih tinggi daripada baterai lithium cair. Baterai lithium cair mudah sekali memunculkan dendrit lithium di dalamnya setelah digunakan dalam waktu yang lama. Ini seperti jarum yang perlahan-lahan tumbuh keluar dari katoda dan semakin lama semakin panjang dari waktu ke waktu.
Bila cukup lama untuk menusuk pemisah, baterai akan mengalami korsleting. Setelah kemasan baterai rusak karena kekuatan eksternal, maka akan mudah kehilangan kontrol suhu di bawah pengaruh korsleting dan suhu tinggi, dan pada akhirnya menyebabkan asap baterai, kebakaran, atau bahkan ledakan.
Elektrolit baterai solid state adalah polimer, oksida, sulfida, tahan suhu tinggi, tahan korosi, tidak mudah menguap, dan pada dasarnya tidak ada risiko pembakaran spontan. Bahkan jika kekuatan eksternal benar-benar menembus dan menusuk, ada kemungkinan besar bahwa pembakaran spontan yang cepat dan ledakan tidak akan terjadi, yang berarti baterai solid state memiliki lebih banyak keuntungan dalam keamanan baterai ion.
Kesulitan dalam produksi massal baterai solid-state
Menurut Laporan Riset Huatai Securities, diperkirakan ruang pasar baterai solid state global akan melebihi 300 miliar RMB pada tahun 2030. Menghadapi pasar yang begitu besar, semua negara secara aktif berencana untuk memanfaatkan peluang tersebut.
Tiga puluh tahun yang lalu, Oak Ridge National Laboratory di Amerika Serikat mengklaim telah menciptakan baterai solid-state, namun sayangnya hingga saat ini belum mampu mencapai produksi massal. Dalam dua tahun terakhir, dengan popularitas kendaraan energi baru di dunia, perusahaan telah berulang kali melaporkan kemajuan produksi massal baterai solid state. Di balik pasar baterai solid state yang panas, masih banyak kekurangan yang tidak bisa diabaikan.
Produksi massal baterai solid state menghadapi banyak tantangan seperti masalah material, masalah antarmuka, dan masalah teknik. Ini juga merupakan rintangan yang sulit bagi produsen baterai, karena biaya baterai semi-padat saat ini jauh lebih tinggi daripada baterai cair komersial.
Menurut penelitian dan perhitungan industri, dengan mengambil baterai cair NCM811 dan baterai semi-padat NCM811 sebagai contoh, biaya baterai semi-padat sekitar 80% lebih tinggi daripada baterai cair. Di antara mereka, biaya elektrolit padat adalah biaya baru utama dan biaya utama dalam baterai semi-padat, terhitung sekitar 50%.
Karena faktor-faktor seperti perubahan bahan elektrolit, perubahan proses produksi, dan siklus verifikasi teknik yang panjang yang disebabkan oleh pengalaman kontrol kualitas produk yang tidak memadai, baterai all-solid-state akan lebih mahal daripada baterai semi-solid-state.
Untuk mengukur apakah baterai daya dapat diproduksi secara massal pada akhirnya, terutama ada lima indikator, yaitu kepadatan energi, kinerja laju pengisian daya, biaya, keamanan, dan masa pakai. Hasil penelitian laboratorium baterai daya umumnya mencapai terobosan besar dalam satu atau beberapa indikator pada tahap tertentu, dan produksi massal hanya mungkin dilakukan jika persyaratan lima indikator terpenuhi pada saat yang bersamaan.
Oleh karena itu, terobosan teknologi pada baterai solid state Toyota memiliki arti penting bagi industri kendaraan listrik.
Kemajuan baru dalam teknologi baterai solid state global
Meskipun teknologi baterai solid state masih menghadapi banyak tantangan, namun teknologi ini masih menjadi tujuan yang dikejar oleh industri baterai lithium. Dapat dipahami bahwa perusahaan Jepang telah berinvestasi paling banyak dalam baterai solid state secara global, termasuk Toyota, yang memiliki paten paling banyak untuk teknologi baterai solid state.
Kabar baiknya, menurut laporan, Profesor Ma Cheng dari Universitas Sains dan Teknologi Tiongkok telah mengembangkan jenis elektrolit padat baru. Performa keseluruhannya mirip dengan elektrolit padat sulfida dan klorida yang paling canggih, tetapi biayanya lebih murah daripada 4% yang terakhir. Cocok untuk aplikasi industri.
Meskipun memiliki keunggulan biaya yang kuat, kinerja komprehensif lithium zirkonium oksiklorida sebanding dengan elektrolit solid-state sulfida dan klorida yang paling canggih.
Eksperimen telah membuktikan bahwa baterai lithium solid-state yang terdiri dari lithium zirkonium oksiklorida dan elektroda positif terner nikel tinggi telah menunjukkan kinerja yang sangat baik: di bawah kondisi pengisian cepat selama 12 menit, baterai masih berhasil melakukan siklus pada suhu kamar selama lebih dari 2000 siklus.
Menurut para peneliti, lithium zirkonium oksiklorida dapat mencapai kinerja yang serupa dengan elektrolit solid-state sulfida dan klorida yang paling canggih dengan biaya terendah saat ini, yang sangat penting bagi industrialisasi baterai lithium semua solid-state.