Kiinteän tilan litium-akkukennojen syntyminen on kirjoittanut täysin teollisuuden käsityksen, että "nestemäinen elektrolyytti=turvallisuusriski". Kun perinteiset nestemäiset elektrolyytit korvataan kiinteillä elektrolyytteillä, akkukennot eivät vain saavuta nolla -sytytystä neulan lävistys- ja suulakepuristuskokeissa, vaan myös tuottavat energiatiheys vaikuttaa jopa 400 wh/kg, ja siitä tulee seuraavan sukupolven tekniikan ydinsuunta sähköparistoihin.
1 teknologisen reitin 'kolme valtakuntaa': eri elektrolyyttien peli
Polymeerielektrolyytti perustuu PEO: hon (polyeteenioksidi), huoneenlämpöisen ionisen johtavuuden ollessa vain 10 ⁻⁴ s/cm, mutta sillä on hyvä joustavuus ja sopii sitoutumiseen pehmeiden pakkauskennojen kanssa. Toyota-akkuprototyyppiauto käyttää tätä liuosta vähentämällä elektrolyyttien paksuuden 20 μm: iin ja yhdistämällä se suuren kapasiteetin piikonipohjaiseen negatiiviseen elektrodiin, saavuttaen nopean latauksen 80%: iin 10 minuutissa ja yli 1000 kilometrin etäisyydellä. Sen alhaisen lämpötilan suorituskyky on kuitenkin heikompi, ja johtavuuden väheneminen 50%: lla on 50% -10, mikä tekee siitä sopivamman käytettäväksi lauhkeilla alueilla.
Sulfidielektrolyytin johtavuus ylittää 10 ⁻ S/cm lähestyen nestemäisen elektrolyytin tasoa, mutta se on alttiita halkeiluun huonojen mekaanisten ominaisuuksien vuoksi. Panasonic käyttää nanokomposiittitekniikkaa sekoittaakseen sen hiilinanoputkien kanssa lisäämällä elektrolyytin vetolujuutta 15 MPa: iin, mikä kestää akkolujen tilavuuden muutoksen latauksen ja purkamisen aikana. Sen suurin etu on sen matalan lämpötilan suorituskyky, jonka kapasiteetin säilyttämisaste on 90% -20 asteessa, mikä tekee siitä sopivan sähköajoneuvoille kylmissä alueilla, kuten Pohjois -Euroopassa. Sulfidit ovat kuitenkin alttiita hydrolyysille ja tuottavat H ₂ -kaasua, joka vaatii erittäin korkeaa tiivistymistä tuotantoympäristössä.
Oksidielektrolyytteillä (kuten LLZO -litium lantanum zirkoniumhappi) on paras stabiilisuus ja ne kestävät korkeita lämpötiloja 800 astetta. Samsung on tehnyt niistä ohuiksi keraamisiksi levyiksi, joiden paksuus on vain 50 μm, varmistaen eristyksen ja vähentäen sisäisen resistenssin. Suuri hauraus ja rajapinnan impedanssi ovat kuitenkin sen puutteita. Tietyn kiinalaisen tiedeakatemian ryhmä käytti "ionisen nestemäisen tunkeutumisen" tekniikkaa puskurikerroksen muodostamiseksi elektrolyytin ja elektrodin välille, vähentäen rajapinnan impedanssia 60% ja parantamalla solunopeuden suorituskykyä 3C: ksi (täysin varautunut 30 minuutissa).
2 läpimurto massatuotantovaikeuksissa: harppaus laboratoriosta tuotantolinjaan
Rajapinnan impedanssi on Achillesin kiinteän tilan solujen kantapää. Kiinteän elektrolyyttien ja positiivisten ja negatiivisten elektrodien välinen kosketus on enimmäkseen pistekosketusta, mikä johtaa suureen vastustuskykyyn litiumionien johtavuuteen. Avain tämän ongelman ratkaisemiseen on käyttöliittymän muuttaminen. LG New Energy omaksuu "atomikerroksen kerrostumisen" -teknologian 5 nm paksun li ₂ o -siirtymäkerroksen kasvattamiseksi positiivisen elektrodin pinnalla, mikä lisää litiumionien kulkeutumisnopeutta kolme kertaa. Kotimaisten yritysten kehittämä "sula tunkeutumismenetelmä" lämmittää elektrolyytin sulaan tilaan ja koskettaa sitä elektrodin kanssa tiukan kiinteän kiinteän rajapinnan muodostamiseksi, mikä johtaa akkusolusyklin käyttöikään yli 2000 kertaa.
Massatuotantotekniikan innovaatio on yhtä tärkeä. Sulfidi -kiinteän tilan akkukennojen kuivamuodostusprosessi eliminoi perinteisen märän pinnoitteen liuottimen talteenottovaiheen vähentäen energiankulutusta 40%; Oksidielektrolyyttien valustekniikka voi saavuttaa jatkuvan tuotannon 10 metriä minuutissa, mikä on 10 kertaa tehokkaampi kuin varhainen erätuotanto. Kotimaisen yrityksen kiinteän tilan akkukennon pilottilinja on saavuttanut 78%: n satoprosentin, jonka kustannukset ovat 30% korkeammat kuin nestemäisten akkukennojen. Sen odotetaan laskevan samalle tasolle suuren mittakaavan tuotannon jälkeen vuonna 2027.
3 Uraauurtava toteutus erityisillä aloilla: turvallisuuskäyttöiset sovellukset
Erikoistuneella kentällä solid-state-akut ovat osoittaneet ainutlaatuisia etuja. Sotilasalalla alhaisten lämpötilan paristojen akut ovat 85%: n purkauskapasiteettiprosentti-40%, ylittäen huomattavasti 50% perinteisistä paristoista, ja ne voivat tyydyttää polaaristen tieteellisten tutkimuslaitteiden ja korkean korkean tiedustelulentokoneiden virran tarjontatarpeet. Lääketieteellisissä laitteissa käytettyjen kiinteiden staten paristojen elinikä on enintään 10 vuotta, koska elektrolyyttivuotoriske ei ole, mikä tekee niistä uuden valinnan defibrillaattoreille ja implantoitaville insuliinipumppuille. Tietyn lääketieteellisen yrityksen implantoitava akku käyttää oksidi -kiinteiden staten soluja, vähentäen sen tilavuutta 40%ja laajentamalla potilaan sidosjaksoa vuodesta 3 vuoteen.
Kulutuselektroniikkateollisuus on myös alkanut testata vesiä. Tietty älykellojen tuotemerkki on varustettu polymeerin puolijohde-akkukennoilla, joiden paksuus on vain 2 mm ja energiatiheys 700wh/l. Akun käyttöikää on pidennetty 7 päivästä 14 päivään, eikä tulipalon riski ole 1,5 metrin pudotustestin läpäisyn jälkeen. Miehittämättömien ilma-ajoneuvojen alalla sulfidi-kiinteiden tilan akkujen korkean nopeuden ominaisuudet ovat lyhentäneet nopeaa latausaikaa 1 tunnista 20 minuuttiin, mikä parantaa huomattavasti toiminnan tehokkuutta.
Kiinteän tilan litium-akkukennojen kehittäminen ei ole vain elektrolyyttien yksinkertainen korvaaminen, vaan myös systemaattinen innovaatio koko akkukennon suunnittelussa, materiaalijärjestelmässä ja tuotantoprosessissa. Teknologian kypsyessä se määrittelee uudelleen litiumparistojen turvallisuusstandardit ja suorituskykyrajat lisäämällä uutta vauhtia uuteen energiateollisuuteen.