Sự phát triển hiện tại của pin thể rắn như thế nào?

Pin trạng thái rắn đề cập đến pin được sản xuất bằng cách sử dụng điện cực trạng thái rắn và chất điện phân trạng thái rắn. Khác với các loại pin dạng lỏng hiện có, chúng là một trong những hướng chính cho sự phát triển của pin xe năng lượng mới trong tương lai. Gần đây, khi Tập đoàn Volkswagen công bố báo cáo tài chính quý II, Giám đốc điều hành Tập đoàn Volkswagen, Herbert Diss cho biết Volkswagen có kế hoạch sản xuất độc lập pin thể rắn và việc sản xuất hàng loạt có thể bắt đầu vào năm 2024 hoặc 2025. Theo" Energy- Lộ trình công nghệ xe tiết kiệm và năng lượng mới" ;, đến năm 2025, mục tiêu mật độ năng lượng của pin lithium cho xe điện thuần túy là 400Wh / kg và mục tiêu vào năm 2030 là 500Wh / kg. Theo liên quan đến loại pin bậc ba đang được sử dụng rộng rãi hiện nay, nút thắt cổ chai kỹ thuật tồn tại ở giai đoạn này gây khó khăn cho việc đạt được các mục tiêu trên.

Nếu mật độ năng lượng của pin lithium nguồn nhằm đạt được mục tiêu về mật độ năng lượng lớn hơn 500Wh / kg như đã định, hệ thống pin điện phân lỏng hiện có có thể bị mất điện. Là lộ trình công nghệ pin thế hệ tiếp theo cho 500Wh / kg, việc nghiên cứu và phát triển hệ thống pin thể rắn đã trở thành một nhu cầu khắt khe. Sự phát triển trung và dài hạn của ngành công nghiệp ô tô năng lượng mới đòi hỏi nguồn dự trữ kỹ thuật mới, và pin lithium-ion thể rắn được kỳ vọng sẽ trở thành con đường công nghệ thống trị cho thế hệ pin lithium năng lượng ô tô tiếp theo. Đó không chỉ là hướng phát triển quan trọng của pin thứ cấp trong tương lai mà còn là nhiệm vụ quan trọng ở thời điểm hiện tại.

Ưu điểm của pin thể rắn so với pin bậc ba là gì? Trước hết, về mật độ năng lượng, cửa sổ điện hóa của các chất điện phân hữu cơ hiện được sử dụng trong pin bậc ba và các pin lithium-ion khác bị hạn chế và khó tương thích với các cực dương lithium kim loại và các vật liệu catốt tiềm năng cao mới được phát triển. Tuy nhiên, chất điện phân rắn nói chung có công suất điện rộng hơn chất điện phân hữu cơ. Cửa sổ hóa học giúp tăng thêm mật độ năng lượng của pin. Thứ hai, về thể tích, vì chất điện phân được thay thế bằng chất điện phân rắn, nên thể tích của pin rắn sẽ nhỏ hơn trong cùng một mật độ năng lượng. Với cùng một lượng điện, pin thể rắn sẽ nhỏ hơn. Trong điều kiện không đổi mật độ năng lượng thì khối lượng và thể tích của pin ở trạng thái rắn có cùng điện tích sẽ nhỏ hơn khối lượng và thể tích của pin điện phân lỏng. Không chỉ vậy, do không có chất điện phân trong pin thể rắn nên việc đóng kín nó sẽ dễ dàng hơn. Khi sử dụng trong các thiết bị quy mô lớn như ô tô, không cần phải lắp thêm ống làm mát, điều khiển điện tử,… giúp tiết kiệm chi phí đồng thời giảm trọng lượng của chính nó. Sau khi sử dụng chất điện phân rắn, điện cực âm than chì có thể được thay thế bằng kim loại lithium, giúp giảm đáng kể trọng lượng của toàn bộ pin.

Từ góc độ bố trí pin thể rắn ở các nước khác nhau, Toyota tiên tiến hơn về công nghệ. Nó ra mắt pin thể rắn sulfide vào năm 2010. Năm 2014, mật độ năng lượng của nguyên mẫu thử nghiệm của pin' đạt 400Wh / kg. Tính đến tháng 2 năm 2017, bằng sáng chế liên quan đến pin thể rắn của Toyota' đạt 30, cao hơn nhiều so với các công ty khác. Theo các giám đốc điều hành Toyota, Toyota sẽ hiện thực hóa công nghiệp hóa pin thể rắn sulfua vào năm 2020. Ngoài ra, Samsung cũng đã đạt được một số kết quả nhất định, khi sử dụng chất điện phân rắn gốc sulfua để sản xuất thử nghiệm pin thứ cấp toàn rắn 2000mAh, 175Wh / kg ắc quy.

Công ty trong nước CATL cũng đã tương đối thành thục trong lĩnh vực pin thể rắn sulfide và hiện đang đẩy nhanh sự phát triển của pin lithium metal thể rắn hoàn toàn sulfide cho xe điện. Ngoài ra, điều đáng chú ý là Ganfeng Lithium gần đây đã hoàn thành dự án dây chuyền thí điểm nghiên cứu và phát triển pin thể rắn thế hệ đầu tiên, và các mẫu của nó đã vượt qua sự kiểm tra của Trung tâm kiểm tra ô tô của Viện nghiên cứu ô tô Trung Quốc, và dự án không có tiền lệ thực hành thành công ở Trung Quốc, quốc gia dẫn đầu quốc tế Bước đột phá công nghệ dự kiến ​​sẽ đạt được sản xuất hàng loạt vào năm 2019.

So với pin bậc ba, pin thể rắn có rất nhiều ưu điểm, tại sao chúng không thể sản xuất hàng loạt? Chìa khóa của pin trạng thái rắn là vật liệu điện phân ở trạng thái rắn. Lý do quan trọng nhất dẫn đến khó khăn trong quá trình phát triển pin thể rắn ở giai đoạn này là do vật liệu điện phân không đạt được đột phá. Không có vật liệu điện phân polyme và chất điện phân rắn vô cơ nào hiện có có độ dẫn ion và độ bền cơ học cao mà còn có các đặc tính xử lý tốt.

Các vấn đề kỹ thuật của pin lithium năng lượng luôn là điểm nghẽn hạn chế sự phát triển của các phương tiện năng lượng mới, và điểm nghẽn mà pin thể rắn khó vượt qua cũng nằm ở công nghệ. Trong sự cạnh tranh khốc liệt ngày nay của&# 39 trong ngành sản xuất pin lithium điện, những công ty thực sự có được tiếng cười cuối cùng thường là những công ty làm chủ công nghệ cốt lõi. Pin thể rắn là một hướng phát triển công nghệ quan trọng trong tương lai, và nó đã được sự đồng thuận của cả ngành. Liệu các công ty Trung Quốc có thể giành chiến thắng trong&tiếp theo hay không; trận chiến khó khăn" vẫn cần sự chung sức của các đồng nghiệp trong ngành.