sinds de commercialisering in 1991 hebben lithium-ion batterijen een wereldwijd succes gehad. Dit kan echter niet verhullen hun intrinsieke beperkingen in termen van veiligheid, prestaties, vormfactor en kosten.
De meeste huidige lithium-ion technologieën maken gebruik van vloeibare elektrolyt, met lithiumzouten zoals LiPF6, LiBF4 of LiClO4 in een organisch oplosmiddel. De vaste elektrolyteninterface, die wordt veroorzaakt als gevolg van de de-samenstelling van de elektrolyt bij de negatieve elektrode, beperkt echter de effectieve geleidbaarheid. Bovendien heeft vloeibare elektrolyt dure membranen nodig om de kathode en anode te scheiden, evenals een ondoordringbare behuizing om lekkage te voorkomen. Daarom zijn de grootte en ontwerpvrijheid voor deze batterijen beperkt. Bovendien hebben vloeibare elektrolyten veiligheids-en gezondheidsproblemen omdat ze brandbare en corrosieve vloeistoffen gebruiken. Samsung ’s Firegate heeft met name gewezen op de risico’ s die zelfs grote bedrijven lopen wanneer brandbare vloeibare elektrolyten worden gebruikt.
huidige high-end lithium-ion batterijen kunnen een energiedichtheid bereiken van meer dan 700 Wh/L op celniveau, met een maximaal rijbereik van ongeveer 500 Km voor elektrische voertuigen. De materialen met een hoge nikkelkathode die worden verbeterd, kunnen de energiedichtheid verder verhogen, maar de eigenschappen van de actieve materialen kunnen een drempelwaarde trekken.
Vastestofbatterijen kunnen een spelwisselaar zijn
Vastestofelektrolyt maakt de integratie mogelijk van beter gepresteerde materialen zoals lithiummetaal en hoogspanningskathodematerialen. Er is echter opgemerkt dat de eerste generatie vastestofbatterijen soortgelijke soorten actieve elektrodematerialen kunnen bevatten, waarbij de vloeibare elektrolyt wordt vervangen door vastestofelektrolyt. In dit geval hebben vastestofbatterijen geen duidelijk voordeel ten opzichte van lithium-ion-batterijen op vloeibare basis in termen van energiedichtheid.
in dit geval geven solid-state batterijen echter nog steeds waarden. Aangezien zowel de elektroden als de elektrolyt solid state zijn, gedraagt de vaste elektrolyt zich ook als de separator, waardoor volume-en gewichtsvermindering door de verwijdering van bepaalde componenten (bijvoorbeeld separator en behuizing). Ze maken een compactere opstelling van de cellen in het batterijpakket mogelijk. Bijvoorbeeld, bipolaire regeling maakt hogere spanning en capaciteit op celniveau mogelijk. De vereenvoudigde verbinding biedt extra ruimte in het batterijpakket voor meer cellen.
bovendien kan het verwijderen van ontvlambare vloeibare elektrolyten een weg zijn voor veiligere, duurzame batterijen, omdat ze beter bestand zijn tegen veranderingen in temperatuur en fysieke schade tijdens het gebruik. Solid state-batterijen kunnen meer laad – /ontlaadcycli aan voordat ze worden afgebroken, wat een langere levensduur belooft. Betere veiligheid betekent minder veiligheidscontrole-elektronica in de batterijmodules / packs.
daarom kan zelfs de initiële generatie vastestofbatterijen een vergelijkbare of zelfs minder energiedichtheid hebben dan conventionele lithium-ion-batterijen, de in het batterijpakket beschikbare energie kan vergelijkbaar of zelfs hoger zijn dan deze laatste.
met het grotere elektrochemische venster dat de vaste elektrolyten kunnen leveren, kunnen hoogspanningskathodematerialen worden gebruikt. Bovendien kan lithium-metaalanode met hoge energiedichtheid de energiedichtheid verder duwen dan 1.000 Wh/L. Deze functies kunnen de solid-state batterij verder een game changer maken.concurrerende technologieën maken de beslissing moeilijk investeringen in verschillende bedrijven met vaste-stofbatterijen weerspiegelen het enorme potentieel van vaste-stofbatterijen. Solid-state batterij is echter niet gebaseerd op slechts een enkele technologie. In plaats daarvan zijn er meerdere technologische benaderingen beschikbaar in de industrie. Solid-state elektrolyten kunnen ruwweg worden gesegmenteerd in drie categorieën: organische types, anorganische types, en composiet. Binnen de anorganische categorie worden LISICON-achtige, argyrodieten, granaat, NASICON-achtige, perovskiet, LiPON, Li-Hydride en Li-Halide beschouwd als 8 populaire types. LISICON-achtige en argyrodieten behoren tot sulfide systeem, terwijl granaat, NASICON-achtige, perovskiet en LiPON zijn gebaseerd op oxide systeem.
De wedloop tussen polymeer -, oxide-en sulfidesystemen is tot nu toe onduidelijk en het is gebruikelijk dat batterijbedrijven meerdere benaderingen proberen. polymeersystemen zijn eenvoudig te verwerken en zijn het dichtst bij commercialisering, terwijl de relatief hoge bedrijfstemperatuur, het lage anti-oxidepotentieel en de slechtere stabiliteit uitdagingen aangeven. Sulfide elektrolyten hebben voordelen van hoge Ionische geleidbaarheid, lage verwerkingstemperatuur, brede elektrochemische stabiliteit venster, enz. Veel functies maken ze aantrekkelijk, wordt door velen beschouwd als de ultieme optie. Echter, de moeilijkheid van de productie en het giftige bijproduct dat kan worden gegenereerd in het proces maken de commercialisering relatief traag. Oxide systeem zijn stabiel en veilig, terwijl de hogere interface weerstand en hoge verwerkingstemperatuur tonen enkele problemen in het algemeen.
in dit rapport worden gedetailleerde technologieën geïntroduceerd, geanalyseerd en gebenchmarked. Voor een beter begrip van solid-state-accu technologieën, spelers, markten, kansen, uitdagingen en meer, zie IDTechEx het rapport “Solid-State en Polymeer Batterijen 2020-2030: Technologie, Patenten, Prognoses, Spelers”, www.IDTechEx.com/SSB of voor de volledige portfolio van Energie-Opslag voor onderzoek beschikbaar van IDTechEx bezoek www.IDTechEx.com/Research/ES.
IDTechEx gidsen uw strategische zakelijke beslissingen te nemen door middel van haar Onderzoeks -, Consultancy-en Event-producten, die u helpen profiteren van opkomende technologieën. 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