Katı Hal Pillerinin Mevcut Gelişimi NasılDır?

Katı hal pilleri, katı hal elektrotları ve katı hal elektrolitleri kullanılarak üretilen pilleri ifade eder. Mevcut sıvı formlu pillerden farklı olarak, gelecekte yeni enerjiaraç akülerinin geliştirilmesi için ana yönlerden biridir. Son zamanlarda, Volkswagen Grubu ikinci çeyrek mali raporunu açıkladı, Volkswagen Grubu CEO'su Herbert Diss Volkswagen bağımsız katı hal pilleri üretmeyi planladığını söyledi, ve seri üretim başlayabilir 2024 veya 2025. Ulusal "Enerji Tasarrufu ve Yeni Enerji Araç Teknolojisi Yol Haritası"na göre, 2025 yılına kadar saf elektrikli araçlar için lityum pillerin enerji yoğunluğu hedefi 400Wh/kg, 2030 yılında ise hedef 500Wh/kg'dır. Şu anda yaygın olarak kullanılan ternary pil söz konusu olduğunda, bu aşamada mevcut teknik darboğaz zor yukarıdaki hedeflere ulaşmak için yapar.

Güç lityum pillerin enerji yoğunluğu planlandığı gibi 500Wh/kg'dan daha büyük enerji yoğunluğu hedefine ulaşmak içinse, mevcut sıvı elektrolit pil sistemi güçsüz olabilir. 500Wh/kg için yeni nesil pil teknolojisi güzergahı olarak, katı hal pil sisteminin araştırılması ve geliştirilmesi katı bir talep haline gelmiştir. Yeni enerji otomobil endüstrisinin orta ve uzun vadeli gelişimi yeni teknik rezervler gerektirir ve katı hal lityum-iyon piller otomotiv güç lityum pillerin yeni nesil için baskın teknoloji rotası olması bekleniyor. Bu sadece gelecekte ikincil piller için önemli bir geliştirme yönü değil, aynı zamanda şu anda önemli bir görevdir.

Katı hal pillerinin üçüncül pillere göre avantajları nelerdir? Her şeyden önce, enerji yoğunluğu açısından, şu anda üçlü ve diğer lityum-iyon pillerde kullanılan organik elektrolitlerin elektrokimyasal penceresi sınırlıdır ve metal lityum anotlar ve yeni geliştirilen yüksek potansiyelli katot malzemeleri ile uyumlu olmak zordur. Ancak, katı elektrolitler genellikle organik elektrolitlere göre daha geniş bir elektrik kapasitesine sahiptir. Kimyasal pencere daha fazla pilin enerji yoğunluğunu artırmak için yardımcı olur. İkinci olarak, hacim açısından, elektrolit katı bir elektrolit ile değiştirildiğinden, katı bir pilin hacmi aynı enerji yoğunluğu altında daha küçük olacaktır. Aynı güç le katı hal pilleri küçülür. Enerji yoğunluğunun aynı kalması durumunda, aynı şarja sahip katı hal pilin kütlesi ve hacmi sıvı elektrolit pilinden daha küçük olacaktır. Sadece bu da değil, katı hal pilinde elektrolit olmadığı için, mühürlemek daha kolaydır. Otomobiller gibi büyük ölçekli ekipmanlarda kullanırken, kendi ağırlığını azaltırken maliyet tasarrufu sağlayan ek soğutma tüpleri, elektronik kontroller vb. eklemeye gerek yoktur. Katı bir elektrolit kullandıktan sonra, grafit negatif elektrot metalik lityum ile değiştirilebilir, hangi önemli ölçüde tüm pilin ağırlığını azaltır.

Çeşitli ülkelerde katı hal pil düzeni açısından bakıldığında, Toyota daha fazla teknoloji gelişmiştir. 2010 yılında sülfür katı hal pilleri piyasaya sürdü. 2014 yılında, pilin deneysel prototipinin enerji yoğunluğu 400Wh/kg'a ulaştı. Şubat 2017 itibariyle, Toyota'nın katı hal pil ile ilgili patentler ulaştı 30, diğer şirketlere göre çok daha yüksek. Toyota yöneticilerine göre, Toyota 2020 yılında sülfür katı hal pillerinin sanayileşme gerçekleştirecek. Buna ek olarak, Samsung da deneme üretmek için sülfür bazlı katı elektrolitler kullanarak, bazı sonuçlar elde etti 2000mAh, 175Wh/kg lamine tüm katı ikincil pil.

Yerli şirket CATL de nispeten sülfür katı hal pilleri olgun, ve şu anda evs için sülfür tamamen katı hal lityum metal pillerin gelişimini hızlandırıyor. Buna ek olarak, Ganfeng Lityum'un ilk nesil katı hal akü araştırma ve geliştirme pilot hattı projesini yakın zamanda tamamladığını ve örneklerinin Çin Otomobil Araştırma Enstitüsü Otomobil Muayene Merkezi'nin denetiminden geçtiğini ve projenin uluslararası bir lider olan Çin'de başarılı bir uygulama emsali bulunmadığını ve teknolojik atılımın 2019 yılında seri üretime geçmesinin beklendiğini belirtmekte fayda var.

Üçüncül pillerle karşılaştırıldığında, katı hal pillerin pek çok avantajı vardır, neden seri üretim edemesinler? Katı hal pillerinin anahtarı katı hal elektrolit malzemeleridir. Bu aşamada katı hal pillerinin gelişimindeki zorluğun en önemli nedeni elektrolit malzemelerinin atılımlar gerçekleştirememesidir. Mevcut inorganik katı elektrolit ve polimer elektrolit malzemelerin hiçbiri yüksek iyonik iletkenlik ve mekanik mukavemete sahip olmakla birlikte iyi işleme özelliklerine de sahiptir.

Güç lityum pillerin teknik sorunları her zaman yeni enerji araçlarının gelişimini kısıtlayan darboğaz olmuştur ve katı hal pillerinin aşılmasının zor olduğu darboğaz da teknolojidedir. Güç lityum pil sektöründe bugünün şiddetli rekabet, gerçekten son gülmek olan şirketler genellikle çekirdek teknolojileri ana olanlar. Katı hal pilleri gelecekte önemli bir teknoloji geliştirme yönüdür ve zaten endüstrinin fikir birliğidir. Çinli şirketlerin bir sonraki "sert savaşı" kazanıp kazanamayacağı hala sektördeki meslektaşlarının ortak çabalarına ihtiyaç duyar.