Tržišne inovacije: Solid state baterije

Procvat akumulatorskih električnih vozila (BEV) je rezultat ideala koje promiču vlade, propisa i poslovne etike. Za sada nema BEV sposobno da zadovolji potrebe potrošača na isti način kao vozilo sa motorom sa unutrašnjim sagorevanjem (ICE), a na osnovu mapa puta koje su objavili proizvođači automobila, nema naznaka da će se to pojaviti do 2030.

Značajke

Nije lak zadatak razviti a BEV koje se, kao i sadašnja vozila sa ICE, može napuniti gorivom za tri minuta, ima domet od 1.000 km s punim rezervoarom goriva, ima dovoljno infrastrukture i može se lako koristiti najmanje 10 godina. Međutim, pojava potpuno čvrstih baterija mogla bi poremetiti trenutnu situaciju i značajno ubrzati usvajanje na tržištu BEV.

Kada se litijum-jonske baterije, koje se široko koriste u pametnim telefonima i drugim minijaturiziranim elektronskim uređajima, koriste u automobilskim aplikacijama, one postavljaju mnogo veće zahtjeve za sigurnost i vijek trajanja baterije.

U isto vrijeme, postoji kompromis između poboljšanja autonomije, koja u suštini zahtijevaju povećanje gustine energije, i sigurnosti/trajnosti. Ovaj kompromis je glavni razlog zašto se performanse trenutnih litijum-jonskih baterija smatraju možda nepremostivom preprekom povećanom prihvatanju električnih vozila na tržištu.

Solid-state baterije imaju potencijal da prevaziđu ove probleme. Solid-state baterije imaju dugu istoriju. Čvrsti elektroliti razvijeni su 70-ih, ali je nedovoljna jonska provodljivost ograničila njihovu primjenu. Međutim, nedavno su otkriveni čvrsti elektroliti s ionskom provodljivošću sličnom ili superiornom od tekućih elektrolita, što je ubrzalo napore u istraživanju i razvoju.

Proizvođači automobila

Na Salonu automobila u Tokiju 2017. Toyota je objavila cilj za komercijalizaciju BEV potpuno solidno stanje u prvoj polovini 20-ih. Iako je prva generacija BEV koji će koristiti potpuno čvrste baterije za koje se očekuje da će Toyota lansirati, imaće samo ograničen obim proizvodnje, najava kompanije će nesumnjivo potaknuti veće napore mnogih kompanija, istraživača i vladinih tijela u razvoju svih solid-state baterija.

Volkswagen, Hyundai Motor i Nissan Motor najavili su ulaganja u start-up kompanije, tako da mislimo da je ovo tema kojoj će vjerovatno biti pridonijeti mnogo povećane pažnje

Potencijal čvrstih baterija

Trenutne litijum-jonske baterije sastoje se od katode, rastvora elektrolita, separatora i anode. Razlika u čvrstoj bateriji je u tome što je elektrolit čvrst. U stvari, sve komponente i materijali su čvrsti, otuda i terminologija “čvrstog stanja”.

Svojstva solid-state baterija zavise od materijala koji se koriste, ali dosadašnja istraživanja otkrivaju jasan potencijal u smislu sigurnosti, otpornosti na curenje, otpornosti na sagorijevanje (pojednostavljena struktura hlađenja), minijaturizacije, fleksibilnosti dizajna u smislu formiranja direktnog sloja na ćelije , relativno dugo vrijeme ciklusa pražnjenja, bez degradacije zbog dobrih osobina visoke/niske temperature, kratko vrijeme punjenja, visoka gustoća energije i velika gustina snage.

U prošlosti, mala gustina snage se smatrala slabošću čvrstih baterija, ali Tokijski institut za tehnologiju i Toyotin istraživački tim su zajedno razvili solid-state bateriju sa tri puta većom gustinom snage i dvostruko većom gustinom energije od postojeće. litijum-jonske baterije. Vjerujemo da sve solid-state baterije imaju potencijal da prevaziđu nedostatke električnih vozila.

Utjecaj difuzije solid-state baterija na tržište

Glavni utjecaji solid-state baterija na automobilsku industriju uključuju ubrzanje širenja tržišta baterija BEV i promjene u lancu opskrbe baterijama BEV. Šest BEV zamijenjena ICE vozila, ne bi bilo potrebe za motorima, mjenjačima i pripadajućim dijelovima, ali bi se pojavila nova potreba za baterijama, inverterima, motorima i dijelovima vezanim za ove sisteme.

Za konvencionalne proizvođače automobila, koji proizvode motore i mjenjače u svojoj kući, osiguravanje da imaju sposobnost da sami razviju potpuno poluprovodničke baterije važan je izvor dodane vrijednosti. Za dobavljače će biti važno da preispitaju elementarne tehnologije kako bi razvili nove komponente.

Ako dođe do povećanja tržišnog usvajanja BEV, pravila na nacionalnom nivou koja regulišu stvari kao što su porezi, energetska politika i resursi će se takođe verovatno promeniti.

Prelazak sa tečnih na čvrste litijum-jonske baterije takođe bi značio prelazak sa tečnih na čvrste elektrolite i smanjenje potrebe za separatorima, a postojao bi i potencijal za korišćenje novih materijala za katode i anode.

Materijali koji se koriste u potpuno čvrstim baterijama koje će Toyota lansirati u prvoj polovini 2020. godine vjerovatno će biti slični onima koji se trenutno koriste, a kako će se obim proizvodnje smanjiti, vjerovatno će uticati i na trenutni lanac snabdijevanja. biti mali. Međutim, ako vidimo materijalni napredak u istraživačkim i razvojnim naporima, potpuno čvrste baterije dostupne u drugoj polovini 2020-ih i 2030-ih vjerovatno će biti ometajuće.

Prepreke tržišnoj difuziji solid-state baterija

Bilo je govora o sklonosti prema i BEV, ali trenutni tržišni konsenzus je da se sada nalazimo u eri „diverzifikacije pogonskih agregata“, a ne u zrelosti BEV kao takav. Međutim, vjerujemo da ako napori za razvoj masovne proizvodnje potpuno čvrstih baterija budu uspješni, era BEV moglo bi biti blizu.

Uprkos tome, trebalo bi prevazići brojne probleme. Istraživanje i razvoj u cilju masovne proizvodnje potpuno solid-state baterija tek su započeli, a do koje mjere će se smanjiti troškovi proizvodnje još nije jasno. U teoriji, trebalo bi da postoji značajan potencijal za smanjenje troškova, s obzirom na pojednostavljenje paketa baterija i upotrebu jeftinih materijala za elektrode.

S druge strane, ako postoji veći napredak od očekivanog u poboljšanju performansi litijum-jonskih baterija i veće smanjenje troškova, prelazak na potpuno čvrste baterije mogao bi biti odložen.

Futuro

Postoji i rizik da interes za i BEV sami mogu izblijediti zbog razvoja hibridnih električnih vozila (HEV) i standardnih ICE vozila, debate o pitanjima vezanim za volan i obnovljene popularnosti dizel vozila, što bi moglo značiti slabljenje razvojnih napora za sve baterije u čvrstom stanju.

Iz perspektive dometa i vremena potrebnog za punjenje vodonika, vozila na gorive ćelije su još jedan potencijalni konkurent. Iako su infrastrukturna pitanja problem, postoji značajan potencijal u smislu zamjene fosilnih goriva i transporta energije.

KPMG-ovo Global Automotive Executive Survey iz 2018. rangira vozila na gorive ćelije kao glavni ključni trend do 2025. BEV zauzeo 3. mjesto prema globalnim direktorima u automobilskoj industriji. U 2017. godini ista anketa je preokrenula tabelu, sa i BEV na prvom mjestu i vozila na gorivne ćelije na trećem mjestu.

BlogInnovazione.it