Katı Hal Piller Nelerdir?

Bu yılın mayıs ayı başlarında birçok medya kuruluşu 6 milyar katı hal pil projesini abartıyordu.

Daha sonra bazı katı hal pil şirketleri, 2027 yılında tamamen katı hal pilleri sanayileştireceklerini duyurdu. Bunu, enerji yoğunluğunun ve çevrim performansının ne kadar yüksek olabileceğini duyurmak için çeşitli basın toplantıları izledi. Belirli bir şirketin tek bir hücresinin 700+Wh/kg enerji yoğunluğunu sıklıkla duyabiliriz.

Peki katı hal pili tam olarak nedir? Piyasa şu anda hangi seviyeye ulaştı? Çevremdeki birçok arkadaşımla konuştuktan sonra katı hal pillerle karıştırılması kolay ilk konseptin yarı katı ve tam katı olduğunu öğrendim.

Şu anda piyasada dolaşan katı hal pillerin neredeyse tamamının yarı katı piller yani katı-sıvı karışımı olduğu söylenebilir. Ancak birçok katı hal pili söküldükten sonra, katı-sıvı karışımı olarak adlandırılan karışımın aslında görülmesinin zor olduğu ve sıvı pillerin durumuyla hemen hemen aynı olduğu görüldü. Bazı kesin tanımlamalarla bile ipucu bulmak zordur.

İki temsili Çin şirketi var: Qingtao ve Weilan. Qingtao'nun ana sistemi lityum demir fosfattır (elbette üçlü bir sisteme de sahiptirler) ve Weilan üçlü ile temsil edilir (elbette demir lityuma da sahiptirler). İlki esas olarak seramik kaplama teknolojisidir ve ikincisi yerinde kürleme teknolojisi olarak tanıtılır (vurgu tanıtımdır). Qingtao'nun şu anda dolaşımda 380Wh/kg hücreye sahip olduğu ve Weilan'ın şu anda 110Ah kapasiteli 350Wh/kg hücre sattığı söyleniyor.

Peki ya tamamen katı hal piller? Tamamen katı hal pilleri esas olarak oksitlere, polimerlere ve sülfitlere ayrılır (tabii ki halojenürler de vardır). Genel olarak önde gelen şirketlerin mevcut gelişim durumuna bakıldığında, teknoloji rotasının tamamı sülfürdür. Sülfür katı hal pili olarak adlandırılan pil aslında pozitif ve negatif elektrot malzemelerinin elektrolitler ve bağlayıcı iletken maddelerle pozitif bir elektrot oluşturmak üzere bir karışımıdır (tabii ki kuru ve ıslak yöntemler vardır) ve ardından elektrolit ve az miktarda bağlayıcı bir film oluşturacak şekilde karıştırılır (elbette kuru ve ıslak yöntemler vardır). Islak yöntem ise sülfit sistemi solvent sistemine karşı çok hassastır ve tabi ki özel bir bağlayıcıya ihtiyaç duyulur. Son olarak, pozitif ve negatif elektrotlar ve elektrolit membran, tamamen katı halli bir pil hücresi oluşturmak için katman katman istiflenir. Bu süreçlerin her biri, tamamen katı hal pillerinin sanayileşmesini engelleyen bir boşluğa sahiptir.

Karıştırılması kolay olan ikinci şey ise katı hal pilinin=yüksek güvenliği ve yüksek enerji yoğunluğudur

Bu, sektördekiler de dahil olmak üzere çoğu insanın büyük bir yanlış anlamasıdır. Tamamen katı hal pillerin yüksek enerji yoğunluğuna sahip olduğunu düşünüyorlar. Sektör dışından pek çok kişi, genellikle "tamamen katı hal pilleri çıktığında sıvı olmayacak" diyerek umutlarını tamamen katı hal pillere bağlıyor. Aslında durum böyle değil. Bu mantığı anlamak için öncelikle enerji yoğunluğu kavramından başlamalıyız: enerji yoğunluğu=enerji/ağırlık ve enerji malzemenin kendisi tarafından belirlenir, dolayısıyla pil hücresinin enerji yoğunluğu malzeme sistemi tarafından belirlenir. pilin.

Demir-lityum piller şu anda 180Wh/kg'dır. Üçlü piller birçok sisteme bölündüğü için enerji yoğunlukları temel olarak 240-360 hatta 380Wh/kg aralığındadır (285Wh/kg'ın üzerinde bir değer silikon bazlı malzemeler gerektirir). Elbette lityum kobalt oksit sistemi temel olarak 200'den fazla enerji yoğunluğuna sahiptir. Artık piyasadaki birçok enerji yoğunluğu propagandası 450, 500, 600 ve hatta 700Wh/kg veya daha fazlasına ulaştı. Temel olarak, negatif elektrot malzemesi lityum metaldir veya negatif elektrot yoktur. Bu, enerji yoğunluğunun genel durumudur. Tamamen katı hal pillerin pozitif ve negatif elektrot malzemeleri sıvı hammaddelerden ayrılmamıştır. Bu nedenle tamamen katı hal pillerin enerji yoğunluğu sıvı pillerden daha yüksek olmayacaktır.

Herkesin bahsettiği yüksek değer aslında tamamen katı hal pillerin, güvenlik sorununu çözdükten sonra pil hücresinin yüksek enerji yoğunluğunu elde etmek için lityum metal negatif elektrotları kullanabileceği beklentisine dayanıyor ancak bu zorluk, pil hücresinin güvenlik sorununu çözmekten daha az değil. Sıvı lityum metal pillerin güvenlik sorunu. Bu nedenle katı hal pillerin enerji yoğunluğunun düşük olduğunu söylemek mümkün değildir. Tam tersine, gerçek gelişme durumuna bakıldığında, tamamen katı hal pillerin enerji yoğunluğu daha düşük olacaktır. Birincisi yüksek enerjili sistem malzemelerinin uygulanmasından, ikincisi aktif maddelerin oranından, üçüncüsü elektrolit membranın kalınlığından, dördüncüsü ise herkesin ödeyememe probleminden kaynaklanmaktadır. şu sıralar çok dikkat çekiyor. Tamamen katı hal pillerin çalışması, yüksek basınçlı bir kelepçe gerektirir. Kelepçe, fiili kullanım sırasında elektrikli ekipmanın ağırlığını artıracak ve böylece pil hücresinin enerji yoğunluğu avantajını bir dereceye kadar azaltacaktır.

Genel olarak, tamamen katı hal pillerin güvenliği büyük ölçüde artırılmıştır (gerçek testler vardır), ancak yumuşak paket ambalaj malzemesine sahip bir sülfür katı hal pili olarak sülfürün kendisi büyük güvenlik riskleri taşıyan bir malzemedir. İkinci olarak, tamamen katı hal pillerin güvenlik açısından sağladığı iyileştirmeler de sınırlıdır. Doğası gereği güvenli değildir. Belirli bir dereceye kadar pilin termal kaçmasını tetikleyebilir.

Yukarıdakiler, tamamen katı hal ve yarı katı hal de dahil olmak üzere mevcut katı hal pillerine ilişkin nispeten makroskobik bir anlayıştır. Elbette uzun vadede tamamen katı hal hala iyimser. Mevcut duruma göre, yüksek enerjili sıvı pillerin güvenlik sorunlarını çözmenin zorluğu, yeni nesil yüksek güvenlikli tamamen katı hal pillerin geliştirilmesinin zorluğundan her zaman daha düşük değildir. Yukarı ve aşağı sanayi zincirlerinin ortak çabalarıyla statükoyu kırabileceğimize ve devrimi gerçekleştirebileceğimize inanıyorum.

Not: Bu sitede yeniden basılan makalelerin çoğu internetten toplanmıştır. Yazıların telif hakları asıl yazara ve asıl kaynağa aittir. Yazıdaki görüşler sadece paylaşım ve iletişim amaçlıdır. Herhangi bir telif hakkı sorunu varsa lütfen bana bildirin; ben de zamanında halledeceğim.