Patentes relacionadas con baterías de estado sólido
En cuanto al apoyo a los vehículos de nueva energía, aunque Toyota anunciará baterías de estado sólido este año, los vehículos prototipo equipados con baterías de estado sólido no se lanzarán hasta 2022 y, según el plan de Toyota, su producción en masa Será en 2025 Años más o menos. En el campo de las baterías de estado sólido, Toyota tiene un liderazgo reconocido a nivel mundial. La información pública muestra que Toyota posee actualmente más de 65.438+0.000 patentes relacionadas con baterías de estado sólido.
De hecho, en comparación con las baterías de litio líquido que utilizamos ahora, las empresas automotrices ya han estado involucradas en la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido, tratando de resolver los problemas que enfrentan las baterías de litio líquido de otra manera única. forma, por lo que las baterías de estado sólido también son reconocidas como la batería de energía de próxima generación y reemplazarán las baterías de iones de litio con electrolito líquido. En la actualidad, muchas empresas relacionadas, incluidas Contemporary Amperex Technology Co., Limited, BYD y Guoxuan Hi-Tech, afirman tener una investigación en profundidad en este campo, e incluso muchas empresas y universidades participan en la investigación y el desarrollo de sólidos. -Baterías estatales, como Daimler, Fisco, el gigante chino de las baterías de litio, la petrolera francesa Total y empresas derivadas del MIT y la Universidad de Stanford.
Desde una perspectiva de desarrollo, las baterías de estado sólido parecen ser muy atractivas, pero desde una perspectiva de aplicación, ¿serán realmente las baterías de estado sólido el portador de energía más adecuado para los vehículos eléctricos? Y si las baterías de estado sólido se vuelven realmente populares, ¿podrán provocar una era realmente explosiva para los vehículos eléctricos?
Las deficiencias más obvias de las baterías de litio de electrolito líquido que podemos ver en la actualidad son los riesgos de seguridad causados por la inestabilidad y el impacto obvio de la degradación del rendimiento en la conducción en diferentes entornos, como la combustión espontánea de baterías y Fuerte disminución de la vida útil de la batería en invierno, estos son los principales problemas que enfrentan las baterías de litio de electrolito líquido actuales. La ventaja de las baterías de estado sólido es que compensan las deficiencias de las baterías líquidas.
La combustión espontánea de los vehículos eléctricos que solemos ver se produce durante la carga. La razón principal de este problema es que el crecimiento de dendritas de litio en las baterías de electrolito líquido puede perforar fácilmente el separador durante el proceso de carga, provocando un cortocircuito en la batería, lo que provoca cambios inestables en la estructura interna de la batería y una combustión espontánea. Además, según las características de movimiento del electrolito, la viscosidad del electrolito aumentará en un entorno de baja temperatura y la velocidad de conducción de iones disminuirá, lo que dará como resultado un desajuste en la velocidad de migración de electrones del circuito externo. La batería se polarizará severamente y la capacidad de carga y descarga disminuirá drásticamente. Esta es también la razón por la cual los vehículos eléctricos sufren graves pérdidas de energía en áreas extremadamente frías.
Por el contrario, las baterías de estado sólido no tienen los problemas mencionados anteriormente de las baterías líquidas, principalmente porque las baterías de estado sólido son fundamentalmente diferentes de las baterías líquidas en estructura. Las baterías de litio tradicionales tienen electrodos positivos y negativos en ambos extremos y electrolito (líquido) en el medio. Durante el movimiento de los iones de litio desde el electrodo positivo al electrodo negativo y de regreso al electrodo positivo, se completa el proceso de carga y descarga de la batería. Las baterías de estado sólido son baterías que utilizan electrodos sólidos y electrolitos sólidos, que pueden suprimir las dendritas de litio, no son fáciles de quemar, no son fáciles de explotar, no tienen fugas de electrolitos y no tienen efectos secundarios a altas temperaturas, lo que significa que las baterías sólidas Las baterías de estado pueden evitar perfectamente la degradación de los electrolitos líquidos por impacto, convirtiéndose en un portador de condensadores más seguro.
Y las baterías de estado sólido tienen mayor densidad energética. Para las baterías líquidas normales, el máximo puede alcanzar los 300 Wh/kg, pero superar los 500 Wh/kg se considera imposible. En cambio, las baterías de estado sólido pueden usar electrodos negativos de grafito incorporados en litio y usar directamente litio metálico como electrodo negativo, lo que puede reducir en gran medida la cantidad de materiales de electrodos negativos y aumentar significativamente la densidad de energía de toda la batería. La densidad de energía que puede proporcionar la investigación y el desarrollo de baterías de estado sólido puede alcanzar básicamente 300-400 Wh/kg. Se puede decir que el punto de partida es el punto final de las baterías líquidas. Las baterías de estado también se consideran baterías ideales para vehículos eléctricos.
En comparación con las deficiencias en el rendimiento, la razón por la que las baterías de estado sólido deben ingresar al mercado lo antes posible es para compensar otro problema importante de las baterías de litio con electrolito líquido: la vida útil. Según datos del Centro de Investigación y Tecnología Automotriz de China, en 2020 se retirarán en mi país más de 200.000 toneladas de baterías eléctricas. Si estas baterías de litio no se eliminan adecuadamente, provocarán contaminación ambiental durante 50 años. En este momento surgirán dos preguntas muy importantes. En primer lugar, a medida que los vehículos eléctricos sigan circulando en el mercado, la cuota de mercado de las baterías de litio con electrolito líquido será cada vez mayor en función de su corta vida útil (un vehículo eléctrico puro predice de forma conservadora que la batería se desintegrará al 80% en 5 años). 7 años). El número de baterías de litio con electrolito líquido desechadas solo aumentará año tras año, y su presión de procesamiento solo aumentará año tras año.
En segundo lugar, basándose en las capacidades de reciclaje de estas baterías de litio de electrolito líquido por parte de las empresas automotrices, el reciclaje de baterías debe desmantelarse, reacondicionarse y ensamblarse en baterías nuevas antes de que puedan reinstalarse en vehículos eléctricos, y esto El proceso produce El costo es sin duda enorme. Pero, por supuesto, algunas personas dicen que el reciclaje de baterías eléctricas es un nuevo océano azul derivado de los vehículos eléctricos. Sin embargo, si ingresan al mercado más baterías líquidas de estado sólido, la duración de la batería de los vehículos eléctricos mejorará significativamente (idealmente, las baterías de estado sólido pueden). reciclarse unas 45.000 veces) ). El océano azul del reciclaje de baterías eléctricas puede tener un gran impacto.
De hecho, en términos de características de la batería, los beneficios de las baterías de estado sólido también son obvios. Lo más importante es que las baterías de estado sólido resuelven los dos problemas centrales de confiabilidad y eficiencia de carga de los sistemas eléctricos actuales. Esta es también la razón por la que los consumidores eligen los vehículos eléctricos como el principal objetivo a la hora de conducir. Y desde la perspectiva de las razones subyacentes de la ansiedad por la duración de la batería, si la batería de estado sólido de Toyota realmente puede cargar la batería de vacía a llena en 10 minutos, básicamente llenará el vacío en la actualización de los vehículos eléctricos y de combustible. Sin duda será un vehículo eléctrico el que mayor impacto tendrá en los vehículos de combustible.
Y a juzgar por las nuevas estrategias energéticas de varios países del mundo, muchos países han incluido en su agenda la prohibición de la venta de vehículos de combustible. El plazo básico de planificación es 2025 (Países Bajos, Noruega). En 2030 (Estados Unidos (California), Alemania, India) y 2040 (Francia, Reino Unido), las baterías de estado sólido de Toyota se utilizarán en automóviles reales en 2025, que también es el primer combustible.
Es demasiado pronto para decir si los vehículos eléctricos son buenos o no. Porque todavía existe un considerable potencial de desarrollo para los vehículos eléctricos, razón por la cual los vehículos de nueva energía aún pueden atraer una gran ola de inversión y atención, incluso si la tecnología aún no está completamente madura. Pero lo que es digno de reconocimiento es que la nueva era de los vehículos de nueva energía cambiará el patrón futuro de la industria automotriz. Quizás la llegada de las baterías de estado sólido sea otra oportunidad para liderar la explosión de esta industria.