Інновації ринку: твердотільні акумулятори

Бум акумуляторних електромобілів (BEV) є результатом ідеалів, які пропагують уряди, нормативні акти та бізнес-етика. Поки що нікого немає BEV здатний задовольнити потреби споживачів так само, як автомобіль з двигуном внутрішнього згоряння (ДВС), і, виходячи з дорожніх карт, оголошених автовиробниками, немає жодних ознак того, що такий автомобіль з’явиться до 2030 року.

риси

Розробити a BEV який, як і нинішні автомобілі з ДВС, можна заправляти за три хвилини, має запас ходу 1.000 км із повним баком, має достатню інфраструктуру та може легко експлуатуватися щонайменше 10 років. Однак поява повністю твердотільних акумуляторів може порушити поточну ситуацію та значно прискорити впровадження на ринок BEV.

Коли літій-іонні батареї, які широко використовуються в смартфонах та інших мініатюрних електронних пристроях, використовуються в автомобільних додатках, вони висувають набагато вищі вимоги до безпеки та терміну служби батареї.

У той же час існує компроміс між покращенням радіусу дії, що, по суті, вимагає збільшення щільності енергії, та безпекою/довговічністю. Цей компроміс є основною причиною того, чому продуктивність поточних літій-іонних акумуляторів розглядається як, можливо, непереборна перешкода для збільшення поглинання електромобілів на ринку.

Твердотільні батареї мають потенціал для подолання цих проблем. Твердотільні акумулятори мають довгу історію. Тверді електроліти були розроблені в 70-х роках, але недостатня іонна провідність обмежувала їх застосування. Однак нещодавно були виявлені тверді електроліти з іонною провідністю, подібною або кращою, ніж рідкі електроліти, що прискорило дослідження та розробки.

Виробники автомобілів

На Токійському автосалоні 2017 року Toyota оголосила про мету комерціалізації BEV повністю твердотільний у першій половині 20-х років. Хоча перше покоління BEV яка буде використовувати повністю твердотільні батареї, які, як очікується, буде випущена Toyota, матиме лише обмежений обсяг виробництва, оголошення компанії, безсумнівно, стимулюватиме більше зусиль багатьох компаній, дослідників та державних установ у розробці всіх твердотільних батарей .

Volkswagen, Hyundai Motor і Nissan Motor оголосили про інвестиції в компанії-початківці, тому ми вважаємо, що цій темі, швидше за все, буде корисно привернути більшу увагу.

Потенціал твердотільних батарей

Сучасні літій-іонні акумулятори складаються з катода, розчину електроліту, сепаратора та анода. Відмінність твердотільного акумулятора в тому, що електроліт твердий. Насправді всі компоненти та матеріали тверді, звідси і термінологія «твердий стан».

Властивості твердотільних батарей залежать від використовуваних матеріалів, але дослідження, проведені на сьогоднішній день, показують явний потенціал щодо безпеки, стійкості до витоку, стійкості до горіння (спрощена структура охолодження), мініатюризації, гнучкості конструкції з точки зору формування прямого контакту клітинний шар, відносно довгий термін служби циклу розряду, відсутність деградації завдяки хорошим високо-/низькотемпературним властивостям, короткий час заряджання, висока щільність енергії та висока щільність потужності.

У минулому низька щільність потужності вважалася слабкою стороною твердотільних батарей, але Токійський технологічний інститут і дослідницька група Toyota спільно розробили твердотільну батарею з утричі вищою щільністю потужності та вдвічі вищою щільністю енергії, ніж існуючі літій-іонні акумулятори. Ми вважаємо, що всі твердотільні батареї мають потенціал для подолання недоліків електромобілів.

Вплив проникнення на ринок твердотільних батарей

Основний вплив твердотільних акумуляторів на автомобільну промисловість включає прискорення поглинання ринком BEV і зміни в ланцюгу постачання акумулятора BEV. Шість BEV замінить транспортні засоби з ДВС, не буде потреби в двигунах, трансмісіях і пов’язаних з ними частинах, але виникне нова потреба в акумуляторах, інверторах, двигунах і частинах, пов’язаних із цими системами.

Для виробників звичайних автомобілів, які виробляють двигуни та трансмісії власними силами, переконатися, що вони мають можливість самостійно розробляти повністю твердотільні батареї, є важливим джерелом додаткової вартості. Для постачальників буде важливо переглянути елементарні технології для розробки нових компонентів.

Якщо спостерігатиметься збільшення ринкового впровадження BEVЗагальнонаціональні правила, що регулюють такі речі, як податки, енергетична політика та ресурси, також, ймовірно, зміняться.

Перехід від рідких до твердотільних літій-іонних акумуляторів також означатиме перехід від рідких до твердих електролітів і зменшення потреби в сепараторах, і з’явиться потенціал для використання нових матеріалів для катодів і анодів.

Матеріали, які використовуються в повністю твердотільних батареях, які Toyota випустить на ринок у першій половині 2020 року, ймовірно, будуть подібні до тих, що використовуються зараз, і оскільки обсяги виробництва зменшуються, вплив на поточний ланцюжок поставок також, ймовірно, буде більшим. маленький. Однак, якщо ми побачимо значний прогрес у науково-дослідних роботах, повністю твердотільні батареї, доступні у другій половині 2020-х і 2030-х років, ймовірно, будуть руйнівними.

Бар'єри для впровадження на ринок твердотільних батарей

Говорили про упередженість до i BEV, але поточний ринковий консенсус полягає в тому, що ми зараз перебуваємо в епосі «диверсифікації силових агрегатів», а не в період повноліття BEV як такий. Однак ми вважаємо, що якщо спроби розвинути масове виробництво повністю твердотільних батарей будуть успішними, ера BEV це може бути близько.

Незважаючи на це, потрібно буде подолати ряд проблем. Дослідження та розробки, спрямовані на масове виробництво всіх твердотільних акумуляторів, тільки почалися, і наскільки зменшаться витрати на виробництво, поки неясно. Теоретично має бути значний потенціал зниження витрат, враховуючи спрощення батарейних блоків і використання недорогих електродних матеріалів.

З іншого боку, якщо буде досягнутий більший, ніж очікувалося, прогрес у покращенні продуктивності літій-іонних акумуляторів і значному зниженні витрат, перехід на повністю твердотільні акумулятори може бути відкладено.

Майбутнє

Існує також ризик того, що інтерес до i BEV самі можуть згаснути через розвиток гібридних електричних транспортних засобів (HEV) і стандартних транспортних засобів з двигуном з двигуном, дебати про те, що батареї йдуть уперед, і відновлення популярності дизельних транспортних засобів, що може означати послаблення зусиль щодо розробки всіх твердотільних акумуляторів.

З точки зору запасу ходу та часу, необхідного для заправки воднем, транспортні засоби на паливних елементах є ще одним потенційним конкурентом. Хоча питання інфраструктури є проблемою, існує значний потенціал з точки зору заміни викопного палива та транспортування енергії.

Глобальне опитування керівників автомобільної промисловості KPMG за 2018 рік визнало автомобілі на паливних елементах головною ключовою тенденцією до 2025 року та BEV займає 3-е місце за версією глобальних автомобільних керівників. У 2017 році те саме опитування перевернуло ситуацію: i BEV на першому місці та автомобілі на паливних елементах на третьому.

BlogInnovazione.it