od czasu wprowadzenia na rynek w 1991 roku baterie litowo-jonowe odniosły światowy sukces. Nie może to jednak ukryć ich wewnętrznych ograniczeń w zakresie bezpieczeństwa, wydajności, współczynnika kształtu i kosztów.

większość obecnych technologii litowo-jonowych wykorzystuje ciekły elektrolit, z solami litu, takimi jak LiPF6, LiBF4 lub LiClO4 w rozpuszczalniku organicznym. Jednak interfejs stałego elektrolitu, który powstaje w wyniku de-składu elektrolitu przy elektrodzie ujemnej, ogranicza skuteczną przewodność. Ponadto ciekły elektrolit potrzebuje drogich membran do oddzielenia katody i anody, a także nieprzepuszczalnej obudowy, aby uniknąć wycieku. Dlatego też rozmiar i swoboda projektowania tych baterii są ograniczone. Ponadto płynne elektrolity mają problemy z bezpieczeństwem i zdrowiem, ponieważ wykorzystują łatwopalne i żrące ciecze. Firegate Samsunga szczególnie uwydatnił zagrożenia, jakie ponoszą nawet duże firmy, gdy stosowane są łatwopalne ciekłe elektrolity.

obecne wysokiej klasy akumulatory litowo-jonowe mogą osiągnąć gęstość energii ponad 700 Wh/L na poziomie ogniw, przy maksymalnym zasięgu jazdy wynoszącym około 500 Km dla pojazdów elektrycznych. Ulepszone materiały o wysokiej zawartości niklu i katodzie mogą dodatkowo zwiększać gęstość energii, ale właściwości materiałów aktywnych mogą wyznaczyć próg.

baterie półprzewodnikowe mogą być przełomowe

elektrolit w stanie stałym umożliwia integrację lepiej wykonanych materiałów, takich jak lit metal i materiały katodowe wysokiego napięcia. Zaobserwowano jednak, że baterie półprzewodnikowe wczesnej generacji mogą zawierać podobne rodzaje aktywnych materiałów elektrodowych, przy czym ciekły elektrolit jest zastępowany elektrolitem półprzewodnikowym. W tym przypadku baterie półprzewodnikowe nie mają oczywistej przewagi nad bateriami litowo-jonowymi na bazie cieczy pod względem gęstości energii.

jednak baterie półprzewodnikowe nadal dostarczają wartości w tym przypadku. Ponieważ zarówno elektrody, jak i elektrolit są w stanie stałym, stały elektrolit zachowuje się również jako separator, umożliwiając zmniejszenie objętości i masy dzięki eliminacji niektórych składników (np. separatora i obudowy). Pozwalają one na bardziej kompaktowe rozmieszczenie ogniw w akumulatorze. Na przykład układ dwubiegunowy umożliwia zwiększenie napięcia i pojemności na poziomie ogniw. Uproszczone połączenie zapewnia dodatkową przestrzeń w akumulatorze na więcej ogniw.

ponadto usuwanie łatwopalnych ciekłych elektrolitów może być drogą do bezpieczniejszych, długotrwałych baterii, ponieważ są one bardziej odporne na zmiany temperatury i fizyczne uszkodzenia podczas użytkowania. Baterie półprzewodnikowe mogą obsłużyć więcej cykli ładowania / rozładowania przed degradacją, obiecując dłuższą żywotność. Lepsze bezpieczeństwo oznacza mniej elektroniki monitorującej bezpieczeństwo w modułach/pakietach akumulatorów.

dlatego nawet pierwsze generacje baterii półprzewodnikowych mogą mieć podobną lub nawet mniejszą gęstość energii niż konwencjonalne baterie litowo-jonowe, energia dostępna w pakiecie akumulatorów może być porównywalna lub nawet wyższa niż te ostatnie.

przy większym oknie elektrochemicznym, które mogą zapewnić stałe elektrolity, można użyć materiałów katodowych wysokiego napięcia. Ponadto anoda litowo-metalowa o wysokiej gęstości energii może dodatkowo zwiększyć gęstość energii poza 1000 Wh / L. te cechy mogą dodatkowo zmienić baterię półprzewodnikową.

konkurencyjne technologie utrudniają podjęcie decyzji

Inwestycje w różne firmy zajmujące się bateriami półprzewodnikowymi odzwierciedlały ogromny potencjał akumulatorów półprzewodnikowych. Jednak bateria półprzewodnikowa nie opiera się tylko na jednej technologii. Zamiast tego w branży dostępnych jest wiele podejść technologicznych. Elektrolity w stanie stałym można z grubsza podzielić na trzy kategorie: typy organiczne, typy nieorganiczne i kompozytowe. W kategorii nieorganicznej za 8 popularnych typów uważa się LISIKONOPODOBNE, argyrodyty, granaty, NASIKONOPODOBNE, perowskity, Lipony, Li-wodorkowe i Li-Halogenkowe. LISIKONOPODOBNE i argyrodyty należą do systemu siarczkowego, podczas gdy granat, NASIKONOPODOBNE, perowskit i LiPON są oparte na systemie tlenkowym.

wyścig między systemami polimerowymi, tlenkowymi i siarczkowymi jest do tej pory niejasny i często zdarza się, że firmy zajmujące się bateriami próbują wielu rozwiązań. systemy polimerowe są łatwe w obróbce i są najbliższe komercjalizacji, a stosunkowo wysoka temperatura robocza, niski potencjał anty-tlenkowy i gorsza stabilność wskazują na wyzwania. Elektrolity siarczkowe mają zalety wysokiej przewodności jonowej, niskiej temperatury przetwarzania, szerokiego okna stabilności elektrochemicznej itp. Wiele funkcji czyni je atrakcyjnymi, uważanymi przez wielu za ostateczną opcję. Jednak trudności w produkcji i toksyczny produkt uboczny, który może być generowany w procesie, sprawiają, że komercjalizacja jest stosunkowo powolna. System tlenkowy jest stabilny i bezpieczny, a wyższa rezystancja interfejsu i wysoka temperatura przetwarzania wykazują pewne trudności w ogóle.

w tym raporcie szczegółowe technologie są wprowadzane, analizowane i porównywane. Aby lepiej zrozumieć technologie baterii półprzewodnikowych, podmioty, rynki, możliwości, wyzwania i inne, zapoznaj się z raportem IDTechEx „Solid-State and Polymer Batteries 2020-2030: Technology, Patents, Forecasts, Players”, www.IDTechEx.com/SSB lub pełne portfolio badań dotyczących magazynowania energii dostępne w IDTechEx można znaleźć na stronie www.IDTechEx.com/Research/ES.

IDTechEx prowadzi Twoje strategiczne decyzje biznesowe poprzez swoje produkty badawcze, doradcze i eventowe, pomagając Ci czerpać zyski z nowych technologii. 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