Eerder deze maand kondigde China aan dat het 6 miljard yuan (ongeveer 827 miljoen dollar) investeerde in een fonds dat bedoeld was om de ontwikkeling van solid-state batterijen door de grootste batterijproducenten van het land aan te moedigen. Vastestofbatterijen gebruiken elektrolyten van glas, keramiek of vaste polymeren in plaats van de vloeibare lithiumzouten die tegenwoordig in de overgrote meerderheid van de batterijen van elektrische voertuigen (EV) worden aangetroffen. Er wordt lang naar uitgekeken omdat ze drie tot vier keer de energiedichtheid van vloeibare elektrolytbatterijen zullen hebben, gedurende hun hele levensduur meer laad-ontlaadcycli zullen bieden en veel minder gevoelig zijn voor de thermische reactie die er af en toe voor zorgt dat lithiumbatterijen in brand vliegen.
Maar het is onwaarschijnlijk dat de Chinese investeringen in de toekomst van batterijen het tijdschema voor massaproductie en gebruik in productievoertuigen zullen versnellen. Als IEEE-spectrumIn januari werd opgemerkt dat het niet realistisch is om binnenkort op zoek te gaan naar solid-state batterijen in productievoertuigen. Experts Spectrum destijds geraadpleegd “merkte een uitgesproken scepsis op ten aanzien van de technische verdiensten van deze aankondigingen. Niemand heeft iets aan de horizon kunnen isoleren dat erop wijst dat solid-state technologie kan ontsnappen aan de technische en ‘productiehel’ die voor ons ligt.”
“Op dit moment is het eenvoudigweg onjuist om te zeggen dat welke batterij dan ook en welke investering van welk land dan ook in batterijonderzoek en -ontwikkeling de toekomst zal domineren.” –Steve W. Martin, Iowa State University
Om massaproductie van solid-state batterijen voor elektrische auto’s te realiseren zal eerst de bestaande solid-state batterijtechnologie – die nu gebruikt wordt voor andere, minder veeleisende toepassingen – gevalideerd moeten worden in termen van prestaties, levensduur en relatieve kosten om het voertuig aan te drijven. Onderzoekers moeten nog bepalen hoe deze batterijen omgaan met een lading, hoe ze stroom kunnen leveren naarmate ze ouder worden. Ze zullen ook het bewijs moeten leveren dat de glazen of keramische batterij bestand is tegen de schokken die gepaard gaan met het rijden op ruige wegen en moeten bevestigen dat ze bestand zijn tegen af en toe een spatbordbuiger.
Hier zijn halfvaste batterijen
Terwijl de wereld wacht tot vaste elektrolyten vloeistoffen opzij duwen, hebben de Chinese fabrikant van elektrische voertuigen Nio en batterijfabrikant WeLion New Energy Technology Co. hebben samengewerkt om een derde optie op de markt te brengen die het verschil opsplitst: semi-vastestofbatterijen, met gelelektrolyten.
Car News China meldde in april dat WeLion-cellen een energiedichtheid hebben van 360 wattuur per kilogram. Volledig verpakt bedraagt de batterijdichtheid 260 Wh/kg. Dit is nog steeds een aanzienlijke verbetering ten opzichte van lithium-ijzerfosfaatbatterijen, waarvan de dichtheid 160 Wh/kg bedraagt. Tijdens tests die vorige maand werden uitgevoerd met Nio’s elektrische voertuigen in Shanghai, Chengdu en verschillende andere steden, leverden WeLion-batterijen meer dan 1.000 kilometer actieradius op één lading. Nio zegt dat het van plan is om het nieuwe batterijtype vanaf deze maand in zijn voertuigassortiment te introduceren.
Maar de vrijgevigheid van de regering in Peking en de poging van het Nio-WeLion-partnerschap om als eerste halfvaste batterijen in productievoertuigen te introduceren, mag geen verleiding zijn om het EV-aandrijfspel voortijdig in het voordeel van China te noemen.
Dat zegt Steve W. Martin, hoogleraar materiaalkunde en techniek aan de Iowa State University in Ames. Martin, wiens onderzoeksgebieden glasachtige vaste elektrolyten voor solid-state lithiumbatterijen en omkeerbare anodes met hoge capaciteit voor lithiumbatterijen omvatten, is van mening dat solid-state batterijen de toekomst zijn en dat hybride semi-vaste batterijen waarschijnlijk de overgang zullen zijn tussen vloeibare en solid-state batterijen. Hij zegt echter dat het eenvoudigweg onjuist is om op dit moment te stellen dat welke batterij dan ook en welke investering van welk land dan ook in batterijonderzoek en -ontwikkeling de toekomst zal domineren. Martin legt uit dat “er momenteel te veel verschillende soorten solid-state batterijen worden ontwikkeld, en dat geen van deze een duidelijke technologische voorsprong heeft.”
Voordelen van semi-solid-state batterijen
De belangrijkste innovatie die halfvaste batterijen een voordeel geeft ten opzichte van conventionele batterijen is het halfvaste elektrolyt waaraan ze hun naam danken. Een gelelektrolyt bevat net als vloeibare elektrolyten ionische geleiders zoals lithiumzouten, maar de manier waarop ze in de gelmatrix zijn gesuspendeerd ondersteunt een veel efficiëntere ionengeleiding. Het verbeterde transport van ionen van de ene kant van de batterij naar de andere verbetert de stroomstroom in de tegenovergestelde richting, waardoor een volledige cirkel ontstaat. Dit is belangrijk tijdens de laadfase omdat het proces sneller verloopt dan bij een accu met vloeibare elektrolyt. De gelstructuur is ook bestand tegen de vorming van dendrieten, naaldachtige structuren die zich tijdens het opladen op de anode kunnen vormen en kortsluiting kunnen veroorzaken. Bovendien zijn gels minder vluchtig dan vloeibare elektrolyten en daarom minder gevoelig voor ontbranding.
Hoewel semi-vaste batterijen niet de energiedichtheid en levensduur zullen bereiken die verwacht worden van batterijen met vaste elektrolyten, hebben ze op korte termijn een voordeel omdat ze kunnen worden geproduceerd op conventionele productielijnen voor lithium-ionbatterijen. Net zo belangrijk is dat ze zijn getest en nu beschikbaar zijn, niet op een nog onbekende datum.
Halfvaste batterijen kunnen worden geproduceerd op conventionele productielijnen voor lithium-ionbatterijen.
Naast WeLion zijn verschillende bedrijven actief in de ontwikkeling van semi-vaste batterijen. Prominente Chinese batterijfabrikanten, waaronder CATL, BYD, en staatsautofabrikanten FAW Group en SAIC Group zijn, net als WeLion, begunstigden van de plannen van Peking om de volgende generatie batterijtechnologie van het land te bevorderen. Daarnaast werkt startup Farasis Energy, opgericht in Ganzhou, China, in 2009, samen met Mercedes-Benz om geavanceerde batterijen op de markt te brengen.
De weg voorwaarts naar solid-state batterijen
De Amerikaanse startup QuantumScape zegt dat de solide lithium-metaalbatterijen die het ontwikkelt een energiedichtheid van ongeveer 400 Wh/kg zullen bieden. Het bedrijf merkt op dat zijn cellen het oplaadknelpunt elimineren dat optreedt bij conventionele lithium-ioncellen, waar lithium in de koolstofdeeltjes moet diffunderen. De geavanceerde batterijen van QuantumScape zullen daarom een snel opladen van 10 tot 80 procent in 15 minuten mogelijk maken. Het is een gok, maar het bedrijf uit Silicon Valley maakte in maart bekend dat het zijn prototype Alpha-2 halfvaste cellen naar fabrikanten heeft verzonden om te testen.
Toyota behoort tot de groep bedrijven die hun weddenschappen niet willen afdekken. De autofabrikant negeert de critici en streeft ernaar tegen 2027 solid-state batterijen op de markt te brengen, die de EV volgens hem een actieradius van 1.200 km zullen geven met één oplaadbeurt en die snel opladen in 10 minuten mogelijk zullen maken. Hij schrijft zijn optimisme toe aan doorbraken in het oplossen van het duurzaamheidsprobleem. En voor bedrijven als Solid Power is het solid-state of failliet. Solid Power, dat tot doel heeft een lithiumbatterij op de markt te brengen met een eigen elektrolyt op basis van vaste sulfide, werkt samen met de grote autofabrikanten Ford en BMW. ProLogium Technology, dat ook voorbereidingen treft voor de introductie van vastestofbatterijen, beweert dat het dit jaar batterijen zal gaan leveren die een keramische oxide-elektrolyt combineren met een lithiumvrije zachte kathode (voor energiedichtheden groter dan 500 Wh/kg). . Het bedrijf, dat samenwerkt met Mercedes-Benz, toonde vertrouwen in zijn planning door eerder dit jaar ‘s werelds eerste giga-niveau solid-state lithium-keramische batterijfabriek te openen in Taoke, Taiwan.
Uit artikelen op uw website
Gerelateerde artikelen op internet