siden kommercialiseret i 1991 har lithium-ion-batterier fået en verdensomspændende succes. Dette kan dog ikke skjule deres iboende begrænsninger med hensyn til sikkerhed, ydeevne, formfaktor og omkostninger.
de fleste nuværende lithium-ion-teknologier anvender flydende elektrolyt med lithiumsalte som LiPF6, LiBF4 eller LiClO4 i et organisk opløsningsmiddel. Imidlertid begrænser den faste elektrolytgrænseflade, som er forårsaget som et resultat af elektrolytens de-sammensætning ved den negative elektrode, den effektive konduktans. Desuden har flydende elektrolyt brug for dyre membraner for at adskille katoden og anoden samt et uigennemtrængeligt hus for at undgå lækage. Derfor er størrelsen og designfriheden for disse batterier begrænset. Derudover har flydende elektrolytter sikkerheds-og sundhedsmæssige problemer, da de bruger brandfarlige og ætsende væsker. Samsungs Firegate har især fremhævet de risici, som selv store virksomheder pådrager sig, når der anvendes brandfarlige flydende elektrolytter.
nuværende high-end lithium-ion-batterier kan nå en energitæthed på over 700 VH / L på celleniveau med et maksimalt køreområde på omkring 500 Km for elektriske køretøjer. De høj-nikkel-katodematerialer, der forbedres, kan yderligere skubbe energitætheden, men de aktive materialers egenskaber kan trække en tærskel.
Solid State-batterier kan være en spilskifter
Solid state-elektrolyt muliggør integration af bedre udførte materialer såsom lithiummetal og højspændingskatodematerialer. Det er imidlertid blevet observeret, at den tidlige generation af solid state-batterier kan indeholde lignende typer aktive elektrodematerialer, hvor den flydende elektrolyt erstattes af solid state-elektrolyt. I dette tilfælde har solid state-batterier ingen åbenbar fordel i forhold til væskebaserede lithium-ion-batterier med hensyn til energitæthed.
faststofbatterier giver dog stadig værdier i dette tilfælde. Da både elektroderne og elektrolytten er fast tilstand, opfører den faste elektrolyt sig også som separatoren, hvilket muliggør volumen-og vægtreduktion på grund af eliminering af visse komponenter (f.eks. De tillader mere kompakt arrangement af celler i batteripakken. For eksempel muliggør bipolar arrangement højere spænding og kapacitet på celleniveau. Den forenklede forbindelse giver ekstra plads i batteripakken til flere celler.
derudover kan fjernelse af brandfarlige flydende elektrolytter være en vej til sikrere, langvarige batterier, da de er mere modstandsdygtige over for ændringer i temperatur og fysiske skader opstod under brug. Solid state-batterier kan håndtere flere opladnings – / afladningscyklusser før nedbrydning, hvilket lover en længere levetid. Bedre sikkerhed betyder mindre sikkerhedsovervågningselektronik i batterimodulerne/pakkerne.
derfor kan selv de første generationer af solid state-batterier have lignende eller endnu mindre energitæthed end konventionelle lithium-ion-batterier, den tilgængelige energi i batteripakken kan være sammenlignelig eller endda højere end sidstnævnte.
med det større elektrokemiske vindue, som de faste elektrolytter kan give, kan højspændingskatodematerialer anvendes. Derudover kan lithiummetalanode med høj energitæthed yderligere skubbe energitætheden ud over 1.000 HV/L. disse funktioner kan yderligere gøre solid state-batteri til en spilskifter.
konkurrerende teknologier gør beslutningen vanskelig
investering i forskellige solid state-batteriselskaber afspejlede det enorme potentiale i solid state-batterier. Solid state batteri er dog ikke baseret på kun en enkelt teknologi. I stedet er der flere teknologiske tilgange tilgængelige i branchen. Faststofelektrolytter kan groft opdeles i tre kategorier: organiske typer, uorganiske typer og komposit. Inden for den uorganiske kategori betragtes LISICON-lignende, argyroditter, granat, NASICON-lignende, perovskit, LiPON, Li-hydrid og Li-Halogenid som 8 populære typer. Lisicon-lignende og argyroditter tilhører sulfidsystemet, mens granat, NASICON-lignende, perovskit og LiPON er baseret på oksidsystemet.
kapløbet mellem polymer -, ilt-og sulfidsystemer er uklart indtil videre, og det er almindeligt at se batteriselskaber prøve flere tilgange. polymersystemer er nemme at behandle, og de er tættest på kommercialisering, mens den relativt høje driftstemperatur, lave antioksidpotentiale og dårligere stabilitet indikerer udfordringer. Sulfidelektrolytter har fordele ved høj ionisk ledningsevne, lav forarbejdningstemperatur, bredt elektrokemisk stabilitetsvindue osv. Mange funktioner gør dem tiltalende og betragtes af mange som den ultimative mulighed. Imidlertid gør vanskeligheden ved fremstilling og det giftige biprodukt, der kan genereres i processen, kommercialiseringen relativt langsom. Systemet er stabilt og sikkert, mens den højere grænseflademodstand og den høje behandlingstemperatur generelt viser nogle vanskeligheder.
i denne rapport introduceres, analyseres og benchmarkes detaljerede teknologier. For at få en bedre forståelse af solid state-batteriteknologier, spillere, markeder, muligheder, udfordringer og mere henvises til idtecheks rapport “Solid State-og Polymerbatterier 2020-2030: teknologi, patenter, prognoser, spillere”, www.IDTechEx.com/SSB eller for den fulde portefølje af Energilagringsforskning, der er tilgængelig fra Idtecheks, besøg venligst www.IDTechEx.com/Research/ES vi guider dine strategiske forretningsbeslutninger gennem vores forsknings -, konsulent-og Eventprodukter og hjælper dig med at drage fordel af nye teknologier. For more information on IDTechEx Research and Consultancy, contact or visit www.IDTechEx.com.
Media Contact:
Natalie Moreton
Digital Marketing Manager
+44(0)1223 812300