sen jälkeen, kun litiumioniakut kaupallistettiin vuonna 1991, ne ovat saaneet maailmanlaajuisen menestyksen. Tämä ei kuitenkaan voi peittää niiden olennaisia rajoituksia turvallisuuden, suorituskyvyn, muodon ja kustannusten osalta.

useimmissa nykyisissä litiumionitekniikoissa käytetään nestemäistä elektrolyyttiä, jossa orgaanisessa liuottimessa on litiumsuoloja kuten LiPF6, LiBF4 tai LiClO4. Kiinteän elektrolyytin rajapinta, joka johtuu elektrolyytin dekoostumuksesta negatiivisella elektrodilla, rajoittaa kuitenkin tehokasta konduktanssia. Lisäksi nestemäinen elektrolyytti tarvitsee kalliita kalvoja katodin ja anodin erottamiseen sekä läpäisemättömän kotelon vuotojen välttämiseksi. Siksi näiden akkujen koko ja suunnitteluvapaus ovat rajoitetut. Lisäksi nestemäisillä elektrolyyteillä on turvallisuus-ja terveysongelmia, sillä niissä käytetään syttyviä ja syövyttäviä nesteitä. Samsungin Firegate on korostanut erityisesti riskejä, joita suurillekin yrityksille aiheutuu, kun käytetään palavia nestemäisiä elektrolyyttejä.

nykyiset huippuluokan litiumioniakut voivat saavuttaa kennotasolla yli 700 Wh / L energiatiheyden, ja sähköautojen maksimiajokantama on noin 500 Km. Parannettavat korkea-nikkeli-katodimateriaalit voivat edelleen työntää energiatiheyttä, mutta aktiivisten materiaalien ominaisuudet voivat vetää kynnyksen.

Solid-State-akut voivat olla pelinvaihtaja

Solid-state-elektrolyytti mahdollistaa paremmin toimivien materiaalien, kuten litiummetallin ja suurjännitekatodimateriaalien integroinnin. On kuitenkin havaittu, että varhaisen sukupolven solid-state-akut saattavat sisältää samantyyppisiä aktiivisia elektrodimateriaaleja, joissa nestemäinen elektrolyytti on korvattu solid-state-elektrolyytillä. Tässä tapauksessa kiinteän olomuodon akuilla ei ole selvää etua nestepohjaisiin litiumioniakkuihin verrattuna energiatiheydeltään.

kiinteän olomuodon paristot antavat kuitenkin vielä tässä tapauksessa arvot. Koska sekä elektrodit että elektrolyytti ovat kiinteässä tilassa, kiinteä elektrolyytti toimii myös erottimena, mikä mahdollistaa tilavuuden ja painon vähentämisen tiettyjen komponenttien (esim.erotin ja kotelo) poistumisen vuoksi. Ne mahdollistavat kennojen tiiviimmän järjestelyn akkupaketissa. Esimerkiksi bipolaarinen järjestely mahdollistaa suuremman jännitteen ja kapasiteetin solutasolla. Yksinkertaistettu yhteys tuo akkupakettiin lisätilaa useammalle kennolle.

lisäksi palavien nestemäisten elektrolyyttien poistaminen voi olla tie turvallisempiin, pitkäikäisiin akkuihin, koska ne kestävät paremmin lämpötilan muutoksia ja käytön aikana tapahtuneita fyysisiä vaurioita. Solid-state-akut pystyvät käsittelemään enemmän lataus – / purkausjaksoja ennen hajoamista, mikä lupaa pidemmän käyttöiän. Parempi turvallisuus tarkoittaa vähemmän turvallisuuden valvontaelektroniikkaa akkumoduuleissa / pakkauksissa.

näin ollen jopa solid-state-akkujen ensimmäisten sukupolvien energiatiheys voi olla samanlainen tai jopa pienempi kuin tavanomaisten litiumioniakkujen, akkupakkauksessa käytettävissä oleva energia voi olla verrattavissa tai jopa suurempi kuin jälkimmäisessä.

kiinteiden elektrolyyttien tarjoaman suuremman sähkökemiallisen ikkunan avulla voidaan käyttää suurjännitekatodimateriaaleja. Lisäksi korkean energiatiheyden litiummetallianodi voi edelleen työntää energiatiheyden yli 1000 Wh / L. nämä ominaisuudet voivat edelleen tehdä solid-state-akusta pelin vaihtajan.

kilpailevat teknologiat tekevät päätöksestä vaikean

investoinnit erilaisiin solid-state-akkuyhtiöihin heijastivat solid-state-akkujen valtavaa potentiaalia. Kiinteän olomuodon akku ei kuitenkaan perustu vain yhteen tekniikkaan. Sen sijaan alalla on useita teknologisia lähestymistapoja. Solid-state-elektrolyytit voidaan jakaa karkeasti kolmeen luokkaan: orgaanisiin tyyppeihin, epäorgaanisiin tyyppeihin ja komposiitteihin. Epäorgaanisessa kategoriassa LISIKONINKALTAISIA, argyrodiitteja, granaatteja, NASICONINKALTAISIA, Perovskiitteja, Liponeja, Li-Hydridejä ja Li-halideja pidetään 8 suosittuna tyyppinä. LISIKONINKALTAISET ja argyrodiitit kuuluvat sulfidijärjestelmään, kun taas granaatti, NASICONINKALTAISET, perovskiitti ja LiPON perustuvat oksidijärjestelmään.

kilpailu polymeeri -, oksidi-ja sulfidijärjestelmien välillä on toistaiseksi epäselvä ja on tavallista, että akkuyritykset kokeilevat useita lähestymistapoja. polymeerijärjestelmiä on helppo käsitellä ja ne ovat lähimpänä kaupallistamista, kun taas suhteellisen korkea käyttölämpötila, Alhainen oksidipotentiaali ja huonompi stabiilisuus osoittavat haasteita. Sulfidielektrolyytteillä on korkean ioninjohtavuuden, alhaisen käsittelylämpötilan, laajan sähkökemiallisen stabiiliuden ikkunan edut jne. Monet ominaisuudet tekevät niistä houkuttelevia, ja monet pitävät niitä lopullisena vaihtoehtona. Valmistuksen vaikeus ja prosessissa syntyvä myrkyllinen sivutuote tekevät kaupallistamisesta kuitenkin suhteellisen hidasta. Oksidijärjestelmä on vakaa ja turvallinen, kun taas suurempi rajapinnan vastus ja korkea käsittelylämpötila osoittavat joitakin vaikeuksia yleensä.

tässä raportissa esitellään yksityiskohtaisia teknologioita, analysoidaan ja vertaillaan niitä. Jos haluat ymmärtää paremmin solid-state-akkuteknologioita, pelaajia, markkinoita, mahdollisuuksia, haasteita ja paljon muuta, tutustu Idtechexin raporttiin ”Solid-State and Polymer Batteries 2020-2030: Technology, Patents, Forecasts, Players”, www.IDTechEx.com/SSB tai koko energiavarastotutkimuksen portfolio, joka on saatavilla Idtechexiltä, käy osoitteessa www.IDTechEx.com/Research/ES.

IDTechEx ohjaa strategisia liiketoimintapäätöksiäsi tutkimus -, konsultointi-ja Tapahtumatuotteillaan auttaen sinua hyötymään kehittyvistä teknologioista. 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