Inovácie na trhu: Pevné batérie

Boom batériových elektrických vozidiel (BEV) je výsledkom ideálov podporovaných vládami, nariadeniami a podnikateľskou etikou. Zatiaľ nie je nikto BEV schopné uspokojiť potreby spotrebiteľov rovnakým spôsobom ako vozidlo s vnútorným spaľovacím motorom (ICE) a na základe ohlásených plánov od výrobcov automobilov nič nenasvedčuje tomu, že sa nejaký objaví do roku 2030.

Vlastnosti

Nie je ľahká úloha vyvinúť a BEV ktoré sa podobne ako súčasné vozidlá ICE dajú natankovať za tri minúty, majú dojazd 1.000 10 km na plnú nádrž, ťažia z dostatočnej infraštruktúry a dajú sa bez problémov prevádzkovať minimálne XNUMX rokov. Avšak objavenie sa celopevných batérií by mohlo narušiť súčasnú situáciu a výrazne urýchliť ich prijatie na trhu BEV.

Keď sa lítium-iónové batérie, široko používané v smartfónoch a iných miniaturizovaných elektronických zariadeniach, používajú v automobilových aplikáciách, kladú oveľa vyššie nároky na bezpečnosť a životnosť batérie.

Zároveň existuje kompromis medzi zlepšeniami v dosahu, ktoré v podstate vyžadujú zvýšenie hustoty energie, a bezpečnosťou/trvanlivosťou. Tento kompromis je hlavným dôvodom, prečo sa výkon súčasných lítium-iónových batérií považuje za možno neprekonateľnú prekážku pre zvýšený trh s elektrickými vozidlami.

Pevné batérie majú potenciál prekonať tieto problémy. Pevné batérie majú dlhú históriu. Pevné elektrolyty boli vyvinuté v 70. rokoch, ale nedostatočná iónová vodivosť obmedzovala ich použitie. Nedávno však boli objavené pevné elektrolyty s podobnou alebo lepšou iónovou vodivosťou ako kvapalné elektrolyty, čo urýchlilo výskum a vývoj.

Výrobcovia áut

Na autosalóne v Tokiu v roku 2017 Toyota oznámila cieľ komercializácie BEV úplne v tuhom stave v prvej polovici 20. rokov XNUMX. storočia. Hoci prvá generácia BEV ktorý bude používať plne polovodičové batérie, ktorých uvedenie na trh by mala spoločnosť Toyota, bude mať len obmedzený objem výroby, oznámenie spoločnosti nepochybne podnieti ďalšie úsilie mnohých spoločností, výskumníkov a vládnych subjektov pri vývoji všetkých polovodičových batérií. .

Volkswagen, Hyundai Motor a Nissan Motor oznámili investície do začínajúcich spoločností, takže veríme, že tejto téme bude pravdepodobne prospieť oveľa väčšia pozornosť.

Potenciál polovodičových batérií

Súčasné lítium-iónové batérie pozostávajú z katódy, roztoku elektrolytu, separátora a anódy. Rozdiel v polovodičovej batérii je v tom, že elektrolyt je pevný. V skutočnosti sú všetky komponenty a materiály pevné, preto sa používa terminológia „pevného stavu“.

Vlastnosti polovodičových batérií závisia od použitých materiálov, ale doterajší výskum odhaľuje jasný potenciál z hľadiska bezpečnosti, odolnosti proti vytečeniu, odolnosti proti horeniu (zjednodušená konštrukcia chladenia), miniaturizácie, konštrukčnej flexibility z hľadiska tvorby priameho kontaktu bunková vrstva, relatívne dlhá životnosť vybíjacieho cyklu, žiadna degradácia v dôsledku dobrých vlastností pri vysokej/nízkej teplote, krátke časy nabíjania, vysoká hustota energie a vysoká hustota výkonu.

V minulosti bola nízka hustota energie vnímaná ako slabina polovodičových batérií, ale Tokijský technologický inštitút a výskumný tím Toyoty spoločne vyvinuli polovodičovú batériu s trojnásobnou hustotou výkonu a dvojnásobnou hustotou energie v porovnaní s existujúcimi batériami. lítium-iónové batérie. Veríme, že všetky polovodičové batérie majú potenciál prekonať nevýhody elektrických vozidiel.

Vplyv prieniku polovodičových batérií na trh

Medzi hlavné vplyvy polovodičových batérií na automobilový priemysel patrí zrýchlenie ich presadzovania na trhu BEV a zmeny v dodávateľskom reťazci batérií BEV. Šesť BEV by nahradili vozidlá ICE, neboli by potrebné motory, prevodovky a súvisiace časti, ale vznikla by nová potreba batérií, meničov, motorov a častí súvisiacich s týmito systémami.

Pre konvenčných automobilových montérov, ktorí vyrábajú motory a hnacie ústrojenstvo vo vlastnej réžii, je dôležitým zdrojom pridanej hodnoty uistenie sa, že majú schopnosť vyvíjať interne polovodičové batérie. Pre dodávateľov bude dôležité preskúmať základné technológie na vývoj nových komponentov.

Ak dôjde k zvýšeniu prijatia na trhu BEVJe pravdepodobné, že sa zmenia aj celoštátne pravidlá upravujúce veci ako dane, energetická politika a zdroje.

Prechod z tekutých na pevné lítium-iónové batérie by tiež znamenal prechod z tekutých na tuhé elektrolyty a zníženie potreby separátorov a bol by tu potenciál pre použitie nových materiálov pre katódy a anódy.

Materiály použité v polovodičových batériách, ktoré Toyota uvedie na trh v prvej polovici roku 2020, budú pravdepodobne podobné tým, ktoré sa používajú v súčasnosti, a keďže sa objem výroby znižuje, vplyv na súčasný dodávateľský reťazec bude pravdepodobne malý. Ak však uvidíme významný pokrok vo výskume a vývoji, polovodičové batérie dostupné v druhej polovici 2020. a 2030. rokov XNUMX. storočia budú pravdepodobne rušivé.

Prekážky brániace prenikaniu polovodičových batérií na trh

Hovorilo sa o zaujatosti voči i BEV, ale súčasný trhový konsenzus je taký, že teraz sa nachádzame skôr v ére „diverzifikácie hnacieho ústrojenstva“ než v dospievaní BEV ako také. Domnievame sa však, že ak budú snahy o rozvoj hromadnej výroby celopevnovodných batérií úspešné, nastane éra BEV môže to byť blízko.

Napriek tomu by bolo potrebné prekonať množstvo problémov. Výskum a vývoj zameraný na masovú výrobu všetkých polovodičových batérií sa práve začal a do akej miery sa znížia výrobné náklady, zatiaľ nie je jasné. Teoreticky by mal existovať významný potenciál zníženia nákladov vzhľadom na zjednodušenie batériových blokov a použitie lacných elektródových materiálov.

Na druhej strane, ak dôjde k väčšiemu než očakávanému pokroku v zlepšovaní výkonu lítium-iónových batérií a výraznejšiemu zníženiu nákladov, prechod na polovodičové batérie by sa mohol oddialiť.

Budúce

Existuje aj riziko, že záujem o i BEV samy o sebe môžu vyblednúť v dôsledku vývoja hybridných elektrických vozidiel (HEV) a štandardných vozidiel ICE, diskusie „well-to-wheels“ a obnovenej popularity dieselových vozidiel, čo by mohlo znamenať oslabenie úsilia o vývoj všetkých batérií v pevnom stave.

Z hľadiska dojazdu a času potrebného na natankovanie vodíka sú ďalším potenciálnym konkurentom vozidlá na palivové články. Zatiaľ čo problémy s infraštruktúrou sú problémom, existuje značný potenciál, pokiaľ ide o nahradenie fosílnych palív a prepravu energie.

Global Automotive Executive Survey KPMG za rok 2018 označil vozidlá s palivovými článkami za hlavný kľúčový trend do roku 2025 a BEV sa umiestnil na 3. mieste podľa globálnych automobilových manažérov. V roku 2017 sa tá istá anketa otočila, pričom i BEV na prvom mieste a vozidlá s palivovými článkami na treťom mieste.

BlogInnovazione.it