Baterija za osvežitev industrije električnih vozil?

Japonski Nikkei Shimbun je 9. decembra poročal, da Toyota razvija polprevodniško baterijo, ki lahko po polnjenju prevozi 500 kilometrov in potrebuje 10 minut, da se popolnoma napolni, kar je vsaj dve tretjini manj kot pri tradicionalnih električnih vozilih. Pričakuje se, da bo Toyota postala prvi svetovni proizvajalec polprevodniških baterijskih vozil v množični proizvodnji, prihodnje leto pa bo lansirala prototipna vozila.

Poleg Toyotinih novic je QuantumScape, podjetje, ki sta ga skupaj investirala Volkswagen in Bill Gates, izdalo tudi novo tehnologijo polprevodniških baterij, ki se lahko v 15 minutah napolni do 80 %, poveča energijsko gostoto za 50 % in vzdrži širši razpon temperature, vse do -30 ℃. Volkswagen je dejal, da je njihov cilj do leta 2025 imeti novo linijo za proizvodnjo baterij.

Kakšna je torej razlika med polprevodniško baterijo in tradicionalno baterijo?

Tradicionalna litijeva baterija: sestavljena je iz pozitivne elektrode, diafragme in negativne elektrode, nato pa je napolnjena z elektrolitom.

Polprevodniška baterija: Litijeva baterija uporablja trden elektrolit, material elektrolita pa v veliki meri določa delovanje polprevodniške litijeve baterije.

Glavna razlika med obema je, da je elektrolit v polprevodniški bateriji trden, kar pomeni, da se medij za migracijo litijevih ionov med pozitivno in negativno elektrodo spremeni iz tekočega v trdno. Z nenehnim nadgrajevanjem katodnih materialov lahko trdni elektrolit izboljša koordinacijo, kar prispeva k izboljšanju energijske gostote akumulatorskega sistema.

Prednosti polprevodniške baterije.

Zaradi uporabe trdnega elektrolita imajo trdne baterije v primerjavi s tradicionalnimi litijevimi baterijami značilnosti negorljivosti, visoko temperaturno odpornost, nerjavenje, nehlapnost, majhno tveganje požara in visoko energijsko gostoto.

Industrializacija polprevodniških baterij.

Polprevodniška baterija velja za zadnjo rešitev za tesnobo glede energijske gostote in vzdržljivosti baterije. Polprevodniška baterija ima številne prednosti, vendar zaradi visokih stroškov in nizke proizvodne zmogljivosti ni bila široko uporabljena.

Komercializacija polprevodniških baterij morda ni tako hitra, kot si ljudje mislijo. Leta 2019 je Ningde Times dejal, da je zavezan razvoju vseh polprevodniških baterij in je izdelal vzorce, vendar bo trajalo 10 let, da bodo popolnoma komercializirani, kar pomeni, da so daleč od obsežne proizvodnje.

Razpored uporabe polprevodniške baterije je predviden.

-2021 bo inkubacijska doba trga polprevodniških baterij. Izvedeno bo ustrezno načrtovanje izdelkov ter raziskave in razvoj, na trgu pa bodo še vedno prevladovale ternarne baterije.

- Od leta 2021 do 2025 bodo polprevodniške baterije prešle v začetno fazo uporabe, pri čemer bo gostota energije baterije dosegla 300–500 Wh/kg, majhno število vrhunskih električnih vozil pa bo opremljenih s polprevodniškimi baterijami.

- Od leta 2025 do 2030 ali še dlje bo trg resnično zrel, energijska gostota polprevodniških baterij bo presegla 500 Wh/kg in obsežna proizvodnja bo resnično priljubljena.

Na splošno so vse polprevodniške baterije, zlasti tiste za visokotokovne aplikacije, kot so avtomobili, daleč od obsega industrializacije in potrebujejo nadaljnjo nadgradnjo in nadzor stroškov.

Zakaj nekateri pravijo, da je masovna proizvodnja neizbežna, drugi pa pravijo, da bo trajalo 10 let?

Kot morda ugibate, »polprevodniške baterije«, ki se trenutno oglašujejo za množično proizvodnjo, niso vse polprevodniške baterije, temveč poltrdne baterije.

Poltrdne baterije imajo običajno trden elektrolit na eni elektrodi in tekoči elektrolit na drugi. Mnogi ljudje eksperimentirajo s poltrdnimi baterijami za hitro komercialno uporabo. Na primer, Toyota si je zadala cilj razviti vse poltrdne baterije za tramvaje, vendar pravi, da bo postopoma začela s "poltrdnimi" baterijami.

Ko je Ning De rekel, da bo za obsežno proizvodnjo potrebnih 10 let, je mislil na vse polprevodniške baterije in to je bil cilj.

Ali bodo polprevodniške baterije Toyote in QuantumScape predstavljale grožnjo startupom?

Z vidika razvoja polprevodniških baterij.

Inovacije baterijske tehnologije v evropskih in ameriških državah v glavnem vodijo startupi. Ker so mala podjetja odgovorna za inovacije v evropskih in ameriških državah, velika podjetja pa težave z inovacijami rešujejo z združitvami in prevzemi, ni potrebe po obsežnem raziskovanju.

Na Japonskem prevladujejo tradicionalna avtomobilska in strojna podjetja, saj so japonska tradicionalna podjetja zelo usmerjena v prihodnost in želijo preizkusiti vsako novo tehnologijo.

Kitajska je relativno pozno vstopila na področje polprevodniških baterij. Vendar menimo, da polprevodniške baterije niso tako impresivne, kot jih opisujejo mediji. Tudi če obstaja 1-2 leti vrzeli v raziskavah in razvoju, to ni dovolj, da bi ovrglo položaj glavnega podjetja za napajalne baterije.

Prvič, ko bodo litijeve baterije postale običajne, se bodo hitro izboljšale. Trenutna tekoča različica ali se bo še naprej izboljševala, zlasti če dobite 30-odstotno izboljšavo vsako leto, 5 let, 10 let, bo izboljšana učinkovitost baterije podobna polprevodniški bateriji.

Drugič, inovativno tehnologijo polprevodniških baterij je mogoče enostavno integrirati v podjetja. Polprevodniška baterija je tudi pot litijeve baterije. Na poti litijeve baterije lahko te izboljšane tehnologije zlahka zberejo vodilna podjetja. Za preboj nove tehnologije baterij sta prag in tveganje gradnje tovarne zelo visoka, zato bo veliko ljudi prodalo tehnologijo vodilnim podjetjem, ki lahko hitro razširijo obseg. Relativna tehnološka vrzel polprevodniške baterije je majhna, prednost velike serije pa je očitno pomembnejša pri komercializaciji polprevodniške baterije.