Tržne novosti: Polprevodniške baterije

Razmah baterijskih električnih vozil (BEV) je rezultat idealov, ki jih spodbujajo vlade, predpisi in poslovna etika. Zaenkrat ni še nikogar BEV sposoben zadovoljiti potrebe potrošnikov na enak način kot vozilo z motorjem z notranjim zgorevanjem (ICE), in na podlagi časovnih načrtov, ki so jih objavili proizvajalci avtomobilov, ni znakov, da se bo pojavil do leta 2030.

Caratteristiche

Ni lahka naloga razviti a BEV ki jih je, tako kot trenutna vozila z motorjem ICE, mogoče napolniti v treh minutah, imajo doseg 1.000 km s polnim rezervoarjem, imajo zadostno infrastrukturo in jih je mogoče enostavno uporabljati vsaj 10 let. Vendar pa bi lahko pojav popolnoma polprevodniških baterij motil trenutno situacijo in močno pospešil tržno sprejemanje BEV.

Ko se litij-ionske baterije, ki se pogosto uporabljajo v pametnih telefonih in drugih miniaturnih elektronskih napravah, uporabljajo v avtomobilskih aplikacijah, postavljajo veliko višje zahteve glede varnosti in življenjske dobe baterije.

Hkrati obstaja kompromis med izboljšavami dosega, ki v bistvu zahtevajo povečanje energijske gostote, in varnostjo/trajnostjo. Ta kompromis je glavni razlog, zakaj se zmogljivost trenutnih litij-ionskih baterij obravnava kot morda nepremostljiva ovira za povečano uveljavitev električnih vozil na trgu.

Polprevodniške baterije imajo potencial za premagovanje teh težav. Polprevodniške baterije imajo dolgo zgodovino. Trdni elektroliti so bili razviti v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, vendar je njihova uporaba omejena zaradi nezadostne ionske prevodnosti. Vendar so bili pred kratkim odkriti trdni elektroliti s podobno ali boljšo ionsko prevodnostjo kot tekoči elektroliti, kar pospešuje raziskave in razvoj.

Proizvajalci avtomobilov

Na avtomobilskem salonu v Tokiu leta 2017 je Toyota objavila cilj komercializacije BEV v prvi polovici dvajsetih let 20. stoletja povsem v trdnem stanju. Čeprav prva generacija BEV ki bo uporabljal popolnoma polprevodniške baterije, ki naj bi jih lansirala Toyota, bo imel le omejen obseg proizvodnje, bo objava podjetja nedvomno spodbudila več prizadevanj številnih podjetij, raziskovalcev in vladnih subjektov pri razvoju vseh polprevodniških baterij .

Volkswagen, Hyundai Motor in Nissan Motor so vsi napovedali naložbe v novoustanovljena podjetja, zato menimo, da je to tema, ki bi ji verjetno koristila precej večja pozornost.

Potencial polprevodniških baterij

Trenutne litij-ionske baterije so sestavljene iz katode, raztopine elektrolita, separatorja in anode. Razlika v polprevodniški bateriji je v tem, da je elektrolit trden. Pravzaprav so vse komponente in materiali trdni, od tod tudi izraz "trdno stanje".

Lastnosti polprevodniških baterij so odvisne od uporabljenih materialov, vendar dosedanje raziskave razkrivajo jasen potencial v smislu varnosti, odpornosti proti puščanju, odpornosti proti gorenju (poenostavljena hladilna struktura), miniaturizacije, prilagodljivosti oblikovanja v smislu neposrednega stika tvorbe celična plast, relativno dolga življenjska doba cikla praznjenja, brez degradacije zaradi dobrih lastnosti pri visokih/nizkih temperaturah, kratki časi polnjenja, visoka gostota energije in gostota moči.

V preteklosti je bila nizka gostota moči obravnavana kot slabost polprevodniških baterij, vendar sta Tokijski inštitut za tehnologijo in Toyotina raziskovalna skupina skupaj razvila polprevodniško baterijo s trikrat večjo gostoto moči in dvakrat večjo energijsko gostoto od obstoječih litij-ionske baterije. Verjamemo, da imajo vse polprevodniške baterije potencial za premagovanje slabosti električnih vozil.

Vpliv prodora polprevodniških baterij na trg

Glavni vplivi polprevodniških baterij na avtomobilsko industrijo vključujejo pospešitev tržne uveljavitve BEV in spremembe v dobavni verigi baterij BEV. Šest BEV bi nadomestil vozila z motorjem ICE, ne bi bilo potrebe po motorjih, menjalnikih in sorodnih delih, pojavila pa bi se nova potreba po baterijah, pretvornikih, motorjih in delih, povezanih s temi sistemi.

Za konvencionalne sestavljavce avtomobilov, ki motorje in pogone proizvajajo sami, je zagotoviti, da imajo zmogljivosti za lastni razvoj popolnoma polprevodniških baterij, pomemben vir dodane vrednosti. Za dobavitelje bo pomembno pregledati osnovne tehnologije za razvoj novih komponent.

Če pride do povečanja sprejemanja na trgu BEVVerjetno se bodo spremenila tudi državna pravila, ki urejajo stvari, kot so davki, energetska politika in viri.

Prehod s tekočih na polprevodniške litij-ionske baterije bi pomenil tudi prehod s tekočih na trdne elektrolite in zmanjšanje potrebe po separatorjih, obstajala pa bi možnost uporabe novih materialov za katode in anode.

Materiali, uporabljeni v popolnoma polprevodniških baterijah, ki jih bo Toyota lansirala v prvi polovici leta 2020, bodo verjetno podobni tistim, ki se uporabljajo trenutno, in ker se obseg proizvodnje zmanjšuje, bo verjetno tudi vpliv na trenutno dobavno verigo majhna. Če pa opazimo pomemben napredek v prizadevanjih za raziskave in razvoj, bodo popolnoma polprevodniške baterije, ki bodo na voljo v drugi polovici 2020-ih in 2030-ih, verjetno moteče.

Ovire za prevzem polprevodniških baterij na trgu

Govorilo se je o pristranskosti do i BEV, vendar je trenutno tržno soglasje, da smo zdaj v dobi »diverzifikacije pogonskih sklopov« in ne v dobi polnoletnosti BEV kot tak. Vendar verjamemo, da če bodo prizadevanja za razvoj množične proizvodnje polprevodniških baterij uspešna, bo doba BEV lahko je blizu.

Kljub temu bi bilo treba premagati številne težave. Raziskave in razvoj za množično proizvodnjo vseh polprevodniških baterij so se šele začele in v kolikšni meri se bodo zmanjšali proizvodni stroški, še ni jasno. Teoretično bi moral obstajati znaten potencial zmanjšanja stroškov glede na poenostavitev baterijskih paketov in uporabo poceni materialov za elektrode.

Po drugi strani, če bo napredek pri izboljšanju zmogljivosti litij-ionskih baterij in večjem znižanju stroškov večji od pričakovanega, bi se lahko prehod na popolnoma polprevodniške baterije odložil.

Prihodnost

Obstaja tudi tveganje, da bodo obresti za i BEV sami lahko zbledijo zaradi razvoja na področju hibridnih električnih vozil (HEV) in standardnih vozil ICE, razprave o dobrem pogonu in ponovne priljubljenosti dizelskih vozil, kar bi lahko pomenilo oslabitev razvojnih prizadevanj za vse polprevodniške baterije.

Z vidika dosega in časa, potrebnega za oskrbo z vodikom, so vozila na gorivne celice še en potencialni konkurent. Medtem ko so infrastrukturna vprašanja problem, obstaja velik potencial v smislu zamenjave fosilnih goriv in transporta energije.

KPMG-jeva raziskava Global Automotive Executive Survey iz leta 2018 je vozila na gorivne celice uvrstila med glavne ključne trende do leta 2025 in BEV uvrščen na 3. mesto po mnenju svetovnih vodilnih v avtomobilski industriji. Leta 2017 je ista anketa obrnila ploščo, z i BEV na prvem mestu in vozila na gorivne celice na tretjem mestu.

BlogInnovazione.it