Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Твердотіла батарея це акумуляторна технологія яка використовує тверді електроди і твердий електроліт замість рідких або

Твердотіла батарея

Твердотіла батарея

Твердотіла батарея — це акумуляторна технологія, яка використовує тверді електроди і твердий електроліт замість рідких або полімерних гелевих електролітів, що знаходяться в літій-іонних або літієвих полімерних батареях. Матеріали для використання як тверді електроліти у твердотільних акумуляторах включають кераміку (наприклад, оксиди, сульфіди, фосфати) та тверді полімери. Твердотілі батареї знайшли застосування в кардіостимуляторах, RFID та носячих пристроях. Потенційно вони безпечніші, з більш високою щільністю енергії, але на разі значно дорожчі у виробництві.

Історія

Між 1831 і 1834 рр. Майкл Фарадей відкрив тверді електроліти сульфіду срібла та фторид свинцю (II), заснувавши твердотільну іоніку .

Це стало початком для твердотілих батарей.

В кінці 1950-х років відбулися перші спроби створити таку батарею. Для цього використовували електроліти на основі срібла, що мали низьку щільність енергії та високий внутрішній опір. Новий клас твердотілого електроліту, розроблений Національною лабораторією Оук-Рідж у 90-х роках, пізніше був застосований у виробництві тонкоплівочних літій-іонних батарей .

У 2011 році Bolloré запустив BlueCar з літій-металевим полімером 30 кВт-год (LMP), в якому використовувався твердий полімерний електроліт, створений розчиненням літієвої солі в солювальному сополімері (поліоксиетилен).

У 2013 році дослідники з Університету Колорадо Боулдер оголосили про розробку твердотілої літієвої батареї з твердим композитним катодом на основі хімічної формули залізо — сірка обіцяючою вищу енергетичну потужність.

У 2014 році дослідники Sakti3 анонсували твердотільний електроліт-літій-іонний акумулятор та заявили про вищу щільність енергії за меншу вартість. Toyota оголосила про свої твердотільні акумуляторні роботи та має найбільшу кількість патентів. У 2015 році компанію Sakti3 придбав Дайсон .

У 2017 році Джон Гудінаф, співавтор літій-іонних батарей, продемонстрував можливість розробки твердотілої батареї на основі скляного електроліту та лужно- металевого аноду, що складається з літію, натрію чи калію . У 2017 році Toyota оголосила про поглиблення і так багаторічного партнерства з Panasonic, включаючи співпрацю щодо твердотілих акумуляторів. Інші автовиробники працюючі над цією технологію включають BMW, Honda, Hyundai Motor Company та Nissan . Дайсон, компанія, відома виробництвом побутової техніки, оголосила про запуск електромобіля до 2020 року. За два роки до оголошення Дайсон купив Sakti3, компанію, яка займається дослідженням твердотілих акумуляторів. Дайсон відмовився від проекту електромобілів у 2019 році, але заявив, що технологія акумуляторів буде розвиватися далі. Компанія Fisker Inc. стверджує, що її твердотільна акумуляторна технологія буде готова до «виробництва на рівні автопрому» у 2023 році. NGK, компанія, відома свічками запалювання, розробляє акумулятори на основі кераміки, використовуючи свій досвід у керамічній галузі.

У 2018 році Solid Power оголосила, що отримала 20 мільйонів доларів США на фінансування невеликої виробничої лінії для твердотілих літій-металевих акумуляторів. Лінія зможе виробляти батареї у кількості що становить сумарно потужність близько 10 мегават годин на рік. Volkswagen оголосив про інвестиці 100 мільйонів доларів у стартап QuantumScape розробляючий твердотільний акумулятор, походженням зі Стенфорда. Китайська компанія Qing Tao запустила виробничу лінію твердотільних акумуляторів.

Основні події продовжували розвиватися в 2018 році, коли Solid Power, відокремлена від дослідницької групи Університету Колорадо Боулдер, отримала 20 мільйонів доларів США від Samsung та Hyundai для створення невеликої виробничої лінії, яка могла б виробляти копії своїх повністю твердотільних перезаряджаємих прототипів літій-металевих акумуляторів, із передбачуваною сумарною потужністю у 10 мегават-годин на рік. QuantumScape, ще один стартап у галузі твердотільних батарей, що був створений колегіальною дослідницькою групою (в даному випадку Стенфордським університетом), притягнув увагу до себе цого ж року, коли Volkswagen оголосив про інвестиції у досліджувальну групу в 100 мільйонів доларів, ставши найбільшим зацікавленим учасником, на пару з Біллом Гейтсом. З метою створення спільного проекту для масового виробництва твердотільних акумуляторів, Volkswagen виділив QuantumScape додатково 200 мільйонів доларів у червні 2020 року та провів IPO на NYSE 29 листопада 2020 року в рамках злиття разом із Kensington Capital Acquisition, щоб залучити додатковий капітал в проект.

також розпочав першу китайську виробничу лінію твердотільних акумуляторів у 2018 році, спочатку маючи намір поставити батареї для «спеціального обладнання та цифрових продуктів високого класу»; однак компанія спілкувалася з декількома виробниками автомобілів з наміром потенційно розширития і до автомобільного ринку.

У 2021 році Toyota представить прототип електромобіля, що працює від твердотільних акумуляторів, і надалі планує бути першим автовиробником, який продаватиме електромобіль із твердотільними батареями. Solid Power передбачає «почати офіційний процес з кваліфікації автомобілів» на початку 2022 року, а QuantumScape «запланував старт масового виробництва на другу половину 2024 року». Fisker, із свого боку, оголосили що їх твердотільна акумуляторна технологія повинна бути готова до «виробництва автомобілів» у 2023 році.

26 лютого 2021 року Fisker оголосив, що у зв'язку з непередбаченими труднощами та явними непереборними перешкодами компанія вирішила повністю відмовитись від своїх зусиль в галузі твердотілих батарей.

Матеріали

Матеріали, придатні для використання як тверді електроліти в таких акумуляторах, включають кераміку, скло (див. Скляну батарею), та сульфіди. В основному катоди твердотільних батарей використовують літій, з багатьма випробуваними варіантами, як LiCoO 2, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2, LiMn 2 O 4 та LiNi 0,8 Co 0,15 Al0.05O 2 . Аноди таких батарей різняться набагато більше, і частково залежать від типу твердотільного електроліту. Наприклад, In, Ge x Si 1− x, SnO — B 2 O 3, SnS –P 2 S 5, Li 2 FeS 2, FeS, NiP 2 та Li 2 SiS 3 .

Одним з перспективних матеріалів для катода є Li-S, який має теоретичну ємність 1670 mAh g −1, "що вдесятеро перевищує ефективне значення LiCoO 2 ". Сірка не може використовуватись як катод у рідких електролітах так як вона розчиняється у більшості рідких електролітів і спричинює різке скорочення терміну експлуатації акумулятора. Саме тому сірка в даний час вивчається в твердому стані. Нещодавно був розроблений керамічний текстиль, який має перспективу при використанні в твердотільному акумуляторі LI-S. Цей текстиль використовувався як роздільник між анодом і катодом, і пропускає іони літію, одночасно перешкоджаючи розчиненню сірки. Результати були багатообіцяючими, проте не досягли теоретично прогнозованої щільності енергії. Результат «роздільник товщиною 500 мкм при 63 % використаної площі електроліту» становив «71 Вт / кг». тоді як прогнозована щільність енергії становить 500 Вт / кг.

Твердотільні акумуляторні батареї Li-O <sub id="mwnA">2</sub> подають багато надій на покращення існуючих акумуляторів з їх високою теоретичною ємністю. Однак головна проблема цих пристроїв полягає в тому, що «літієвий анод повинен бути захищеним від впливу атмосфери, тоді як повітряний катод повинен контактувати з нею».

Акумулятор Li / LiFePO 4 також цікавий як твердотіла батарея для електромобілів. Дослідження, проведене в 2010 році, представило цей матеріал як безпечну альтернативу акумуляторним батареям для електромобілів, які «перевершують вимоги USABC-DOE».

Використання

Твердотілі батареї застосовуються в кардіостимуляторах, RFID та в розумному одязі .

Електромобілі

У гібридних та електричних автомобілях застосовуються різні типи акумуляторних батарей, включаючи літій-іон, нікель-металгідрид (NiMH), свинцево-кислотні та електричні двошарові конденсатори (або ультраконденсатори) на основі Li-ion . Автовиробник Bentley вважає що твердотілі акумулятори можуть надати більше свободи у дизайні автомобілів.

Недоліки

Вартість

Твердотілі батареї занадто дорогі у виготовленні, а виробничі процеси важко масштабуються, вимагаючи дорогого обладнання для вакуумного осадження. У 2012 році було підраховано, що на основі тодішньої технології вартість одної батареї потужністю 20 Ah коштуватиме 100 000 доларів США, а щоб створити електромобіль з високою дальністю руху, потрібен акумулятор що скадається з 800 до 1000 таких батарей. Вартість також є проблемою для використання твердотільних акумуляторів в інших галузях, таких як смартфони .

Вплив температури та тиску

Можливий вплив на роботу батареї у низьких температурах. Є свідчення про низьку продуктивність твердотілих батарей у таких умовах.

Твердотільні батареї з керамічними електролітами потребують високого тиску для підтримки контакту з електродами. Керамічні прокладки між катодом і анодом можуть зламатись від механічних ушкоджень.

Дендрити

image
Дендрит металу літію з анода пронизує прокладку і росте в бік катода.

Аноди на основі твердого літію (Li) в твердотілих акумуляторах є заміною графітових анодів у літій-іонних батареях, для більшої щільності енергії, безпеки, та швидкої зарядки. Використання літію у анодах спричиняє утворення та ріст дендритів Li за рахунок неоднорідного осадження металу літію.

Дендрити літію проникають у ізоляційну прокладку, що розміщена між анодом та катодом та запобігає короткому замиканню . Проникнувши через прокладку, вони спричиняють короткі замикання, перегрів, пожежежі або навіть вибухи від теплового розширення. Літієві дендрити знижують вихід току (ефективність).

Дендрити зазвичай утворюються під час електроосадження що відбувається у процесі зарядки та розряду батареї. Іони літію в електроліті поєднуються з електронами на поверхні анода — утворюючи шар металу літію. В ідеалі осадження літію відбувається рівномірно на аноді. Однак якщо створюються нерівномірні нарости, структури можуть рости як голка, через весь електроліт та / або прокладку.

Стабільна інтерфаза твердого електроліту (SEI) була найефективнішою стратегією уповільнення росту дендриту та досягнення більшої кількості циклів зарядки. Твердотільні електроліти (SSE) можуть запобігати росту дендритів, хоча це питання залишається відкритим. У дослідженнях 2018 року визначено нанопористі керамічні прокладки, що здатні блокувати ріст дендриту літію аж до критичної щільності струму .

Переваги

Вважається, що твердотіла акумуляторна технологія здатна підвищити енергетичну щільність (2,5х) через використання анода літієвого металу.

Можна уникнути використання небезпечних або токсичних матеріалів, що зараз використовуються у виробництві акумуляторів, таких як органічні електроліти.

Оскільки більшість рідких електролітів є горючими, а тверді електроліти є негорючими, твердотільні акумулятори вважаються більш безпечними. Потрібно менше систем безпеки, що збільшує щільність енергії. Останні дослідження показують, що вироблення тепла всередині твердотлої батареї складає лише ~ 20-30 % у порівнянні із звичайними батареями з рідким електролітом.

Вважається, що твердотіла акумуляторна технологія дозволить швидше заряджатись. Можлива більша напруга та більше циклів перезарядки.

Примітки

  1. Reisch, Marc S. (20 листопада 2017). . Chemical & Engineering News. 95 (46): 19—21. doi:10.1021/cen-09546-bus. Архів оригіналу за 10 вересня 2019. Процитовано 19 січня 2020.
  2. Vandervell, Andy (26 вересня 2017). . . Архів оригіналу за 21 грудня 2019. Процитовано 7 січня 2018.
  3. Funke K (August 2013). Solid State Ionics: from Michael Faraday to green energy-the European dimension. Science and Technology of Advanced Materials. 14 (4): 043502. Bibcode:2013STAdM..14d3502F. doi:10.1088/1468-6996/14/4/043502. PMC 5090311. PMID 27877585.
  4. Lee, Sehee (2012). (PDF). . Архів оригіналу (PDF) за 2 травня 2017. Процитовано 7 січня 2018.
  5. Weppner, Werner (September 2003). Engineering of solid state ionic devices. International Journal of Ionics. 9 (5–6): 444—464. doi:10.1007/BF02376599. Solid state ionic devices such as high performance batteries...
  6. Owens, Boone B.; Munshi, M. Z. A. (January 1987). (PDF). . Corrosion Research Center, University of Minnesota. Bibcode:1987umn..rept.....O. Архів оригіналу (PDF) за 31 серпня 2020. Процитовано 7 січня 2018.
  7. Jones, Kevin S.; Rudawski, Nicholas G.; Oladeji, Isaiah; Pitts, Roland; Fox, Richard. (PDF). American Ceramic Society Bulletin. 91 (2). Архів оригіналу (PDF) за 19 лютого 2018. Процитовано 19 січня 2020.
  8. . . 18 вересня 2013. Архів оригіналу за 7 November 2013. Процитовано 7 січня 2018.
  9. Dumaine, Brian (18 вересня 2014). . Fortune Magazine. Архів оригіналу за 28 грудня 2017. Процитовано 7 січня 2018.
  10. Greimel, Hans (27 січня 2014). . . Архів оригіналу за 21 квітня 2019. Процитовано 7 січня 2018.
  11. Baker, David R (3 квітня 2019). . www.renewableenergyworld.com. Bloomberg. Архів оригіналу за 7 квітня 2019. Процитовано 7 квітня 2019.
  12. . Forbes. 26 вересня 2017. Архів оригіналу за 8 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.
  13. . University of Texas at Austin. 28 лютого 2017. Архів оригіналу за 22 березня 2020. Процитовано 7 січня 2018.
  14. Buckland, Kevin; Sagiike, Hideki (13 грудня 2017). . . Архів оригіналу за 8 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.
  15. . Reuters. 18 грудня 2017. Архів оригіналу за 29 грудня 2017. Процитовано 7 січня 2018.
  16. Krok, Andrew (21 грудня 2017). . Roadshow by CNET. Архів оригіналу за 8 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.
  17. Lambert, Fred (6 квітня 2017). . Electrek. Архів оригіналу за 8 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.
  18. . The Japan Times. Kyodo News. 21 грудня 2017. Архів оригіналу за 8 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.
  19. (брит.). 10 жовтня 2019. Архів оригіналу за 24 лютого 2020. Процитовано 10 жовтня 2019.
  20. Lambert, Fred (14 листопада 2017). . Electrek. Архів оригіналу за 8 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.
  21. Tajitsu, Naomi (21 грудня 2017). . Reuters. Архів оригіналу за 6 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.
  22. . qz.com. Архів оригіналу за 3 січня 2020. Процитовано 10 вересня 2018.
  23. . www.bloomberg.com. Архів оригіналу за 21 грудня 2019. Процитовано 11 вересня 2018.
  24. . 22 червня 2018. Архів оригіналу за 26 лютого 2020. Процитовано 19 січня 2020.
  25. Lambert, Fred (20 листопада 2018). . Архів оригіналу за 7 серпня 2020. Процитовано 19 січня 2020.
  26. Lambert, Fred (22 червня 2018). . Electrek (амер.). Архів оригіналу за 26 лютого 2020. Процитовано 7 березня 2021.
  27. Wayland, Michael (3 вересня 2020). . CNBC (англ.). Архів оригіналу за 15 березня 2021. Процитовано 7 березня 2021.
  28. Manchester, Bette (30 листопада 2020). . electrive.com (амер.). Архів оригіналу за 4 лютого 2021. Процитовано 7 березня 2021.
  29. Lambert, Fred (20 листопада 2018). . Electrek (амер.). Архів оригіналу за 7 серпня 2020. Процитовано 7 березня 2021.
  30. . Nikkei Asia (брит.). Архів оригіналу за 14 лютого 2021. Процитовано 7 березня 2021.
  31. Power, Solid. . www.prnewswire.com (англ.). Архів оригіналу за 17 січня 2021. Процитовано 7 березня 2021.
  32. Lambert, Fred (14 листопада 2017). . Electrek (амер.). Архів оригіналу за 30 грудня 2019. Процитовано 7 березня 2021.
  33. . www.theverge.com (англ.). Архів оригіналу за 3 березня 2021. Процитовано 7 березня 2021.
  34. Chandler, David L. (12 липня 2017). . Massachusetts Institute of Technology. Архів оригіналу за 15 лютого 2020. Процитовано 19 січня 2020. Researchers have tried to get around these problems by using an electrolyte made out of solid materials, such as some ceramics.
  35. Chandler, David L. (2 лютого 2017). . Massachusetts Institute of Technology. Архів оригіналу за 19 січня 2020. Процитовано 19 січня 2020. Researchers investigate mechanics of lithium sulfides, which show promise as solid electrolytes.
  36. Takada, Kazunori (1 лютого 2013). Progress and prospective of solid-state lithium batteries. Acta Materialia. The Diamond Jubilee Issue. 61 (3): 759—770. doi:10.1016/j.actamat.2012.10.034. ISSN 1359-6454.
  37. Gong, Yunhui; Fu, Kun; Xu, Shaomao; Dai, Jiaqi; Hamann, Tanner R.; Zhang, Lei; Hitz, Gregory T.; Fu, Zhezhen; Ma, Zhaohui (1 липня 2018). Lithium-ion conductive ceramic textile: A new architecture for flexible solid-state lithium metal batteries. Materials Today. 21 (6): 594—601. doi:10.1016/j.mattod.2018.01.001. ISSN 1369-7021.
  38. Damen, L.; Hassoun, J.; Mastragostino, M.; Scrosati, B. (1 жовтня 2010). Solid-state, rechargeable Li/LiFePO4 polymer battery for electric vehicle application. Journal of Power Sources. 195 (19): 6902—6904. Bibcode:2010JPS...195.6902D. doi:10.1016/j.jpowsour.2010.03.089. ISSN 0378-7753.
  39. Carlon, Kris (24 жовтня 2016). . Android Authority. Архів оригіналу за 3 серпня 2019. Процитовано 7 січня 2018.
  40. . The Economist. 16 жовтня 2017. Архів оригіналу за 23 грудня 2017. Процитовано 7 січня 2018.
  41. . Alternative Fuels Data Center. Архів оригіналу за 1 грудня 2017. Процитовано 7 січня 2018.
  42. . . Архів оригіналу за 8 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018. Many automakers have adopted lithium-ion (Li-ion) batteries as the preferred EDV energy storage option, capable of delivering the required energy and power density in a relatively small, lightweight package.
  43. Berman, Bradley (30 грудня 2019). . Electrek. Архів оригіналу за 31 грудня 2019. Процитовано 19 січня 2020.
  44. Jones, Kevin S. (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 8 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.
  45. . 21 грудня 2015. Архів оригіналу за 8 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.
  46. Wood, Kevin N.; Kazyak, Eric; Chadwick, Alexander F.; Chen, Kuan-Hung; Zhang, Ji-Guang; Thornton, Katsuyo; Dasgupta, Neil P. (14 жовтня 2016). Dendrites and Pits: Untangling the Complex Behavior of Lithium Metal Anodes through Operando Video Microscopy. ACS Central Science. 2 (11): 790—801. doi:10.1021/acscentsci.6b00260. PMC 5126712. PMID 27924307.
  47. Jiang, Hanqing; Tang, Ming; Duan, Huigao; Wang, Fan; Yang, Haokai; Xu, Wenwen; Hong, Liang; Zeng, Wei; Wang, Xu (March 2018). Stress-driven lithium dendrite growth mechanism and dendrite mitigation by electroplating on soft substrates. Nature Energy. 3 (3): 227—235. Bibcode:2018NatEn...3..227W. doi:10.1038/s41560-018-0104-5. ISSN 2058-7546.
  48. Cheng, Xin-Bing; Zhang (17 листопада 2015). A Review of Solid Electrolyte Interphases on Lithium Metal Anode. Advanced Science. 3 (3): 1500213. doi:10.1002/advs.201500213. PMC 5063117. PMID 27774393.
  49. Zhang, Ji-Guang; Xu, Wu; Henderson, Wesley A. (7 жовтня 2016), Application of Lithium Metal Anodes, Lithium Metal Anodes and Rechargeable Lithium Metal Batteries, Springer International Publishing: 153—188, doi:10.1007/978-3-319-44054-5_4, ISBN 
  50. Harry, Katherine Joann (1 травня 2016). (English) . doi:10.2172/1481923.  1481923. Архів оригіналу за 21 грудня 2019. Процитовано 19 січня 2020.
  51. Newman, John; Monroe, Charles (1 жовтня 2003). Dendrite Growth in Lithium/Polymer Systems A Propagation Model for Liquid Electrolytes under Galvanostatic Conditions. Journal of the Electrochemical Society. 150 (10): A1377—A1384. doi:10.1149/1.1606686. ISSN 0013-4651.
  52. Bazant, Martin Z.; Brushett, Fikile R.; Li, Ju; Su, Liang; Kushima, Akihiro; Wang, Miao; Guo, Jinzhao; Bai, Peng (21 листопада 2018). Interactions between Lithium Growths and Nanoporous Ceramic Separators. Joule (English) . 2 (11): 2434—2449. doi:10.1016/j.joule.2018.08.018. ISSN 2542-4785.
  53. Dudney, Nancy J; West, William C; Nanda, Jagjit, ред. (2015). Handbook of Solid State Batteries. Materials and Energy. Т. 6 (вид. 2nd). World Scientific Publishing Co. Pte. doi:10.1142/9487. ISBN .
  54. Bullis, Kevin (19 квітня 2011). . MIT Technology Review. Архів оригіналу за 13 грудня 2020. Процитовано 7 січня 2018.
  55. Inoue, Takao; Mukai, Kazuhiko (18 січня 2017). Are All-Solid-State Lithium-Ion Batteries Really Safe?–Verification by Differential Scanning Calorimetry with an All-Inclusive Microcell. ACS Applied Materials & Interfaces. 9 (2): 1507—1515. doi:10.1021/acsami.6b13224. ISSN 1944-8244. PMID 28001045.
  56. Eisenstein, Paul A. (1 січня 2018). . NBC News. Архів оригіналу за 6 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.
  57. Limer, Eric (25 липня 2017). . Popular Mechanics. Архів оригіналу за 8 січня 2018. Процитовано 7 січня 2018.

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Tverdotila batareya ce akumulyatorna tehnologiya yaka vikoristovuye tverdi elektrodi i tverdij elektrolit zamist ridkih abo polimernih gelevih elektrolitiv sho znahodyatsya v litij ionnih abo litiyevih polimernih batareyah Materiali dlya vikoristannya yak tverdi elektroliti u tverdotilnih akumulyatorah vklyuchayut keramiku napriklad oksidi sulfidi fosfati ta tverdi polimeri Tverdotili batareyi znajshli zastosuvannya v kardiostimulyatorah RFID ta nosyachih pristroyah Potencijno voni bezpechnishi z bilsh visokoyu shilnistyu energiyi ale na razi znachno dorozhchi u virobnictvi IstoriyaMizh 1831 i 1834 rr Majkl Faradej vidkriv tverdi elektroliti sulfidu sribla ta ftorid svincyu II zasnuvavshi tverdotilnu ioniku Ce stalo pochatkom dlya tverdotilih batarej V kinci 1950 h rokiv vidbulisya pershi sprobi stvoriti taku batareyu Dlya cogo vikoristovuvali elektroliti na osnovi sribla sho mali nizku shilnist energiyi ta visokij vnutrishnij opir Novij klas tverdotilogo elektrolitu rozroblenij Nacionalnoyu laboratoriyeyu Ouk Ridzh u 90 h rokah piznishe buv zastosovanij u virobnictvi tonkoplivochnih litij ionnih batarej U 2011 roci Bollore zapustiv BlueCar z litij metalevim polimerom 30 kVt god LMP v yakomu vikoristovuvavsya tverdij polimernij elektrolit stvorenij rozchinennyam litiyevoyi soli v solyuvalnomu sopolimeri polioksietilen U 2013 roci doslidniki z Universitetu Kolorado Boulder ogolosili pro rozrobku tverdotiloyi litiyevoyi batareyi z tverdim kompozitnim katodom na osnovi himichnoyi formuli zalizo sirka obicyayuchoyu vishu energetichnu potuzhnist U 2014 roci doslidniki Sakti3 anonsuvali tverdotilnij elektrolit litij ionnij akumulyator ta zayavili pro vishu shilnist energiyi za menshu vartist Toyota ogolosila pro svoyi tverdotilni akumulyatorni roboti ta maye najbilshu kilkist patentiv U 2015 roci kompaniyu Sakti3 pridbav Dajson U 2017 roci Dzhon Gudinaf spivavtor litij ionnih batarej prodemonstruvav mozhlivist rozrobki tverdotiloyi batareyi na osnovi sklyanogo elektrolitu ta luzhno metalevogo anodu sho skladayetsya z litiyu natriyu chi kaliyu U 2017 roci Toyota ogolosila pro pogliblennya i tak bagatorichnogo partnerstva z Panasonic vklyuchayuchi spivpracyu shodo tverdotilih akumulyatoriv Inshi avtovirobniki pracyuyuchi nad ciyeyu tehnologiyu vklyuchayut BMW Honda Hyundai Motor Company ta Nissan Dajson kompaniya vidoma virobnictvom pobutovoyi tehniki ogolosila pro zapusk elektromobilya do 2020 roku Za dva roki do ogoloshennya Dajson kupiv Sakti3 kompaniyu yaka zajmayetsya doslidzhennyam tverdotilih akumulyatoriv Dajson vidmovivsya vid proektu elektromobiliv u 2019 roci ale zayaviv sho tehnologiya akumulyatoriv bude rozvivatisya dali Kompaniya Fisker Inc stverdzhuye sho yiyi tverdotilna akumulyatorna tehnologiya bude gotova do virobnictva na rivni avtopromu u 2023 roci NGK kompaniya vidoma svichkami zapalyuvannya rozroblyaye akumulyatori na osnovi keramiki vikoristovuyuchi svij dosvid u keramichnij galuzi U 2018 roci Solid Power ogolosila sho otrimala 20 miljoniv dolariv SShA na finansuvannya nevelikoyi virobnichoyi liniyi dlya tverdotilih litij metalevih akumulyatoriv Liniya zmozhe viroblyati batareyi u kilkosti sho stanovit sumarno potuzhnist blizko 10 megavat godin na rik Volkswagen ogolosiv pro investici 100 miljoniv dolariv u startap QuantumScape rozroblyayuchij tverdotilnij akumulyator pohodzhennyam zi Stenforda Kitajska kompaniya Qing Tao zapustila virobnichu liniyu tverdotilnih akumulyatoriv Osnovni podiyi prodovzhuvali rozvivatisya v 2018 roci koli Solid Power vidokremlena vid doslidnickoyi grupi Universitetu Kolorado Boulder otrimala 20 miljoniv dolariv SShA vid Samsung ta Hyundai dlya stvorennya nevelikoyi virobnichoyi liniyi yaka mogla b viroblyati kopiyi svoyih povnistyu tverdotilnih perezaryadzhayemih prototipiv litij metalevih akumulyatoriv iz peredbachuvanoyu sumarnoyu potuzhnistyu u 10 megavat godin na rik QuantumScape she odin startap u galuzi tverdotilnih batarej sho buv stvorenij kolegialnoyu doslidnickoyu grupoyu v danomu vipadku Stenfordskim universitetom prityagnuv uvagu do sebe cogo zh roku koli Volkswagen ogolosiv pro investiciyi u doslidzhuvalnu grupu v 100 miljoniv dolariv stavshi najbilshim zacikavlenim uchasnikom na paru z Billom Gejtsom Z metoyu stvorennya spilnogo proektu dlya masovogo virobnictva tverdotilnih akumulyatoriv Volkswagen vidiliv QuantumScape dodatkovo 200 miljoniv dolariv u chervni 2020 roku ta proviv IPO na NYSE 29 listopada 2020 roku v ramkah zlittya razom iz Kensington Capital Acquisition shob zaluchiti dodatkovij kapital v proekt takozh rozpochav pershu kitajsku virobnichu liniyu tverdotilnih akumulyatoriv u 2018 roci spochatku mayuchi namir postaviti batareyi dlya specialnogo obladnannya ta cifrovih produktiv visokogo klasu odnak kompaniya spilkuvalasya z dekilkoma virobnikami avtomobiliv z namirom potencijno rozshiritiya i do avtomobilnogo rinku U 2021 roci Toyota predstavit prototip elektromobilya sho pracyuye vid tverdotilnih akumulyatoriv i nadali planuye buti pershim avtovirobnikom yakij prodavatime elektromobil iz tverdotilnimi batareyami Solid Power peredbachaye pochati oficijnij proces z kvalifikaciyi avtomobiliv na pochatku 2022 roku a QuantumScape zaplanuvav start masovogo virobnictva na drugu polovinu 2024 roku Fisker iz svogo boku ogolosili sho yih tverdotilna akumulyatorna tehnologiya povinna buti gotova do virobnictva avtomobiliv u 2023 roci 26 lyutogo 2021 roku Fisker ogolosiv sho u zv yazku z neperedbachenimi trudnoshami ta yavnimi neperebornimi pereshkodami kompaniya virishila povnistyu vidmovitis vid svoyih zusil v galuzi tverdotilih batarej MaterialiMateriali pridatni dlya vikoristannya yak tverdi elektroliti v takih akumulyatorah vklyuchayut keramiku sklo div Sklyanu batareyu ta sulfidi V osnovnomu katodi tverdotilnih batarej vikoristovuyut litij z bagatma viprobuvanimi variantami yak LiCoO 2 LiNi 1 3 Co 1 3 Mn 1 3 O 2 LiMn 2 O 4 ta LiNi 0 8 Co 0 15 Al0 05O 2 Anodi takih batarej riznyatsya nabagato bilshe i chastkovo zalezhat vid tipu tverdotilnogo elektrolitu Napriklad In Ge x Si 1 x SnO B 2 O 3 SnS P 2 S 5 Li 2 FeS 2 FeS NiP 2 ta Li 2 SiS 3 Odnim z perspektivnih materialiv dlya katoda ye Li S yakij maye teoretichnu yemnist 1670 mAh g 1 sho vdesyatero perevishuye efektivne znachennya LiCoO 2 Sirka ne mozhe vikoristovuvatis yak katod u ridkih elektrolitah tak yak vona rozchinyayetsya u bilshosti ridkih elektrolitiv i sprichinyuye rizke skorochennya terminu ekspluataciyi akumulyatora Same tomu sirka v danij chas vivchayetsya v tverdomu stani Neshodavno buv rozroblenij keramichnij tekstil yakij maye perspektivu pri vikoristanni v tverdotilnomu akumulyatori LI S Cej tekstil vikoristovuvavsya yak rozdilnik mizh anodom i katodom i propuskaye ioni litiyu odnochasno pereshkodzhayuchi rozchinennyu sirki Rezultati buli bagatoobicyayuchimi prote ne dosyagli teoretichno prognozovanoyi shilnosti energiyi Rezultat rozdilnik tovshinoyu 500 mkm pri 63 vikoristanoyi ploshi elektrolitu stanoviv 71 Vt kg todi yak prognozovana shilnist energiyi stanovit 500 Vt kg Tverdotilni akumulyatorni batareyi Li O lt sub id mwnA gt 2 lt sub gt podayut bagato nadij na pokrashennya isnuyuchih akumulyatoriv z yih visokoyu teoretichnoyu yemnistyu Odnak golovna problema cih pristroyiv polyagaye v tomu sho litiyevij anod povinen buti zahishenim vid vplivu atmosferi todi yak povitryanij katod povinen kontaktuvati z neyu Akumulyator Li LiFePO 4 takozh cikavij yak tverdotila batareya dlya elektromobiliv Doslidzhennya provedene v 2010 roci predstavilo cej material yak bezpechnu alternativu akumulyatornim batareyam dlya elektromobiliv yaki perevershuyut vimogi USABC DOE VikoristannyaTverdotili batareyi zastosovuyutsya v kardiostimulyatorah RFID ta v rozumnomu odyazi Elektromobili U gibridnih ta elektrichnih avtomobilyah zastosovuyutsya rizni tipi akumulyatornih batarej vklyuchayuchi litij ion nikel metalgidrid NiMH svincevo kislotni ta elektrichni dvosharovi kondensatori abo ultrakondensatori na osnovi Li ion Avtovirobnik Bentley vvazhaye sho tverdotili akumulyatori mozhut nadati bilshe svobodi u dizajni avtomobiliv NedolikiVartist Tverdotili batareyi zanadto dorogi u vigotovlenni a virobnichi procesi vazhko masshtabuyutsya vimagayuchi dorogogo obladnannya dlya vakuumnogo osadzhennya U 2012 roci bulo pidrahovano sho na osnovi todishnoyi tehnologiyi vartist odnoyi batareyi potuzhnistyu 20 Ah koshtuvatime 100 000 dolariv SShA a shob stvoriti elektromobil z visokoyu dalnistyu ruhu potriben akumulyator sho skadayetsya z 800 do 1000 takih batarej Vartist takozh ye problemoyu dlya vikoristannya tverdotilnih akumulyatoriv v inshih galuzyah takih yak smartfoni Vpliv temperaturi ta tisku Mozhlivij vpliv na robotu batareyi u nizkih temperaturah Ye svidchennya pro nizku produktivnist tverdotilih batarej u takih umovah Tverdotilni batareyi z keramichnimi elektrolitami potrebuyut visokogo tisku dlya pidtrimki kontaktu z elektrodami Keramichni prokladki mizh katodom i anodom mozhut zlamatis vid mehanichnih ushkodzhen Dendriti Dendrit metalu litiyu z anoda pronizuye prokladku i roste v bik katoda Anodi na osnovi tverdogo litiyu Li v tverdotilih akumulyatorah ye zaminoyu grafitovih anodiv u litij ionnih batareyah dlya bilshoyi shilnosti energiyi bezpeki ta shvidkoyi zaryadki Vikoristannya litiyu u anodah sprichinyaye utvorennya ta rist dendritiv Li za rahunok neodnoridnogo osadzhennya metalu litiyu Dendriti litiyu pronikayut u izolyacijnu prokladku sho rozmishena mizh anodom ta katodom ta zapobigaye korotkomu zamikannyu Proniknuvshi cherez prokladku voni sprichinyayut korotki zamikannya peregriv pozhezhezhi abo navit vibuhi vid teplovogo rozshirennya Litiyevi dendriti znizhuyut vihid toku efektivnist Dendriti zazvichaj utvoryuyutsya pid chas elektroosadzhennya sho vidbuvayetsya u procesi zaryadki ta rozryadu batareyi Ioni litiyu v elektroliti poyednuyutsya z elektronami na poverhni anoda utvoryuyuchi shar metalu litiyu V ideali osadzhennya litiyu vidbuvayetsya rivnomirno na anodi Odnak yaksho stvoryuyutsya nerivnomirni narosti strukturi mozhut rosti yak golka cherez ves elektrolit ta abo prokladku Stabilna interfaza tverdogo elektrolitu SEI bula najefektivnishoyu strategiyeyu upovilnennya rostu dendritu ta dosyagnennya bilshoyi kilkosti cikliv zaryadki Tverdotilni elektroliti SSE mozhut zapobigati rostu dendritiv hocha ce pitannya zalishayetsya vidkritim U doslidzhennyah 2018 roku viznacheno nanoporisti keramichni prokladki sho zdatni blokuvati rist dendritu litiyu azh do kritichnoyi shilnosti strumu PerevagiVvazhayetsya sho tverdotila akumulyatorna tehnologiya zdatna pidvishiti energetichnu shilnist 2 5h cherez vikoristannya anoda litiyevogo metalu Mozhna uniknuti vikoristannya nebezpechnih abo toksichnih materialiv sho zaraz vikoristovuyutsya u virobnictvi akumulyatoriv takih yak organichni elektroliti Oskilki bilshist ridkih elektrolitiv ye goryuchimi a tverdi elektroliti ye negoryuchimi tverdotilni akumulyatori vvazhayutsya bilsh bezpechnimi Potribno menshe sistem bezpeki sho zbilshuye shilnist energiyi Ostanni doslidzhennya pokazuyut sho viroblennya tepla vseredini tverdotloyi batareyi skladaye lishe 20 30 u porivnyanni iz zvichajnimi batareyami z ridkim elektrolitom Vvazhayetsya sho tverdotila akumulyatorna tehnologiya dozvolit shvidshe zaryadzhatis Mozhliva bilsha napruga ta bilshe cikliv perezaryadki PrimitkiReisch Marc S 20 listopada 2017 Chemical amp Engineering News 95 46 19 21 doi 10 1021 cen 09546 bus Arhiv originalu za 10 veresnya 2019 Procitovano 19 sichnya 2020 Vandervell Andy 26 veresnya 2017 Arhiv originalu za 21 grudnya 2019 Procitovano 7 sichnya 2018 Funke K August 2013 Solid State Ionics from Michael Faraday to green energy the European dimension Science and Technology of Advanced Materials 14 4 043502 Bibcode 2013STAdM 14d3502F doi 10 1088 1468 6996 14 4 043502 PMC 5090311 PMID 27877585 Lee Sehee 2012 PDF Arhiv originalu PDF za 2 travnya 2017 Procitovano 7 sichnya 2018 Weppner Werner September 2003 Engineering of solid state ionic devices International Journal of Ionics 9 5 6 444 464 doi 10 1007 BF02376599 Solid state ionic devices such as high performance batteries Owens Boone B Munshi M Z A January 1987 PDF Corrosion Research Center University of Minnesota Bibcode 1987umn rept O Arhiv originalu PDF za 31 serpnya 2020 Procitovano 7 sichnya 2018 Jones Kevin S Rudawski Nicholas G Oladeji Isaiah Pitts Roland Fox Richard PDF American Ceramic Society Bulletin 91 2 Arhiv originalu PDF za 19 lyutogo 2018 Procitovano 19 sichnya 2020 18 veresnya 2013 Arhiv originalu za 7 November 2013 Procitovano 7 sichnya 2018 Dumaine Brian 18 veresnya 2014 Fortune Magazine Arhiv originalu za 28 grudnya 2017 Procitovano 7 sichnya 2018 Greimel Hans 27 sichnya 2014 Arhiv originalu za 21 kvitnya 2019 Procitovano 7 sichnya 2018 Baker David R 3 kvitnya 2019 www renewableenergyworld com Bloomberg Arhiv originalu za 7 kvitnya 2019 Procitovano 7 kvitnya 2019 Forbes 26 veresnya 2017 Arhiv originalu za 8 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 University of Texas at Austin 28 lyutogo 2017 Arhiv originalu za 22 bereznya 2020 Procitovano 7 sichnya 2018 Buckland Kevin Sagiike Hideki 13 grudnya 2017 Arhiv originalu za 8 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 Reuters 18 grudnya 2017 Arhiv originalu za 29 grudnya 2017 Procitovano 7 sichnya 2018 Krok Andrew 21 grudnya 2017 Roadshow by CNET Arhiv originalu za 8 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 Lambert Fred 6 kvitnya 2017 Electrek Arhiv originalu za 8 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 The Japan Times Kyodo News 21 grudnya 2017 Arhiv originalu za 8 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 brit 10 zhovtnya 2019 Arhiv originalu za 24 lyutogo 2020 Procitovano 10 zhovtnya 2019 Lambert Fred 14 listopada 2017 Electrek Arhiv originalu za 8 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 Tajitsu Naomi 21 grudnya 2017 Reuters Arhiv originalu za 6 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 qz com Arhiv originalu za 3 sichnya 2020 Procitovano 10 veresnya 2018 www bloomberg com Arhiv originalu za 21 grudnya 2019 Procitovano 11 veresnya 2018 22 chervnya 2018 Arhiv originalu za 26 lyutogo 2020 Procitovano 19 sichnya 2020 Lambert Fred 20 listopada 2018 Arhiv originalu za 7 serpnya 2020 Procitovano 19 sichnya 2020 Lambert Fred 22 chervnya 2018 Electrek amer Arhiv originalu za 26 lyutogo 2020 Procitovano 7 bereznya 2021 Wayland Michael 3 veresnya 2020 CNBC angl Arhiv originalu za 15 bereznya 2021 Procitovano 7 bereznya 2021 Manchester Bette 30 listopada 2020 electrive com amer Arhiv originalu za 4 lyutogo 2021 Procitovano 7 bereznya 2021 Lambert Fred 20 listopada 2018 Electrek amer Arhiv originalu za 7 serpnya 2020 Procitovano 7 bereznya 2021 Nikkei Asia brit Arhiv originalu za 14 lyutogo 2021 Procitovano 7 bereznya 2021 Power Solid www prnewswire com angl Arhiv originalu za 17 sichnya 2021 Procitovano 7 bereznya 2021 Lambert Fred 14 listopada 2017 Electrek amer Arhiv originalu za 30 grudnya 2019 Procitovano 7 bereznya 2021 www theverge com angl Arhiv originalu za 3 bereznya 2021 Procitovano 7 bereznya 2021 Chandler David L 12 lipnya 2017 Massachusetts Institute of Technology Arhiv originalu za 15 lyutogo 2020 Procitovano 19 sichnya 2020 Researchers have tried to get around these problems by using an electrolyte made out of solid materials such as some ceramics Chandler David L 2 lyutogo 2017 Massachusetts Institute of Technology Arhiv originalu za 19 sichnya 2020 Procitovano 19 sichnya 2020 Researchers investigate mechanics of lithium sulfides which show promise as solid electrolytes Takada Kazunori 1 lyutogo 2013 Progress and prospective of solid state lithium batteries Acta Materialia The Diamond Jubilee Issue 61 3 759 770 doi 10 1016 j actamat 2012 10 034 ISSN 1359 6454 Gong Yunhui Fu Kun Xu Shaomao Dai Jiaqi Hamann Tanner R Zhang Lei Hitz Gregory T Fu Zhezhen Ma Zhaohui 1 lipnya 2018 Lithium ion conductive ceramic textile A new architecture for flexible solid state lithium metal batteries Materials Today 21 6 594 601 doi 10 1016 j mattod 2018 01 001 ISSN 1369 7021 Damen L Hassoun J Mastragostino M Scrosati B 1 zhovtnya 2010 Solid state rechargeable Li LiFePO4 polymer battery for electric vehicle application Journal of Power Sources 195 19 6902 6904 Bibcode 2010JPS 195 6902D doi 10 1016 j jpowsour 2010 03 089 ISSN 0378 7753 Carlon Kris 24 zhovtnya 2016 Android Authority Arhiv originalu za 3 serpnya 2019 Procitovano 7 sichnya 2018 The Economist 16 zhovtnya 2017 Arhiv originalu za 23 grudnya 2017 Procitovano 7 sichnya 2018 Alternative Fuels Data Center Arhiv originalu za 1 grudnya 2017 Procitovano 7 sichnya 2018 Arhiv originalu za 8 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 Many automakers have adopted lithium ion Li ion batteries as the preferred EDV energy storage option capable of delivering the required energy and power density in a relatively small lightweight package Berman Bradley 30 grudnya 2019 Electrek Arhiv originalu za 31 grudnya 2019 Procitovano 19 sichnya 2020 Jones Kevin S PDF Arhiv originalu PDF za 8 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 21 grudnya 2015 Arhiv originalu za 8 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 Wood Kevin N Kazyak Eric Chadwick Alexander F Chen Kuan Hung Zhang Ji Guang Thornton Katsuyo Dasgupta Neil P 14 zhovtnya 2016 Dendrites and Pits Untangling the Complex Behavior of Lithium Metal Anodes through Operando Video Microscopy ACS Central Science 2 11 790 801 doi 10 1021 acscentsci 6b00260 PMC 5126712 PMID 27924307 Jiang Hanqing Tang Ming Duan Huigao Wang Fan Yang Haokai Xu Wenwen Hong Liang Zeng Wei Wang Xu March 2018 Stress driven lithium dendrite growth mechanism and dendrite mitigation by electroplating on soft substrates Nature Energy 3 3 227 235 Bibcode 2018NatEn 3 227W doi 10 1038 s41560 018 0104 5 ISSN 2058 7546 Cheng Xin Bing Zhang 17 listopada 2015 A Review of Solid Electrolyte Interphases on Lithium Metal Anode Advanced Science 3 3 1500213 doi 10 1002 advs 201500213 PMC 5063117 PMID 27774393 Zhang Ji Guang Xu Wu Henderson Wesley A 7 zhovtnya 2016 Application of Lithium Metal Anodes Lithium Metal Anodes and Rechargeable Lithium Metal Batteries Springer International Publishing 153 188 doi 10 1007 978 3 319 44054 5 4 ISBN 9783319440538 Harry Katherine Joann 1 travnya 2016 English doi 10 2172 1481923 1481923 Arhiv originalu za 21 grudnya 2019 Procitovano 19 sichnya 2020 Newman John Monroe Charles 1 zhovtnya 2003 Dendrite Growth in Lithium Polymer Systems A Propagation Model for Liquid Electrolytes under Galvanostatic Conditions Journal of the Electrochemical Society 150 10 A1377 A1384 doi 10 1149 1 1606686 ISSN 0013 4651 Bazant Martin Z Brushett Fikile R Li Ju Su Liang Kushima Akihiro Wang Miao Guo Jinzhao Bai Peng 21 listopada 2018 Interactions between Lithium Growths and Nanoporous Ceramic Separators Joule English 2 11 2434 2449 doi 10 1016 j joule 2018 08 018 ISSN 2542 4785 Dudney Nancy J West William C Nanda Jagjit red 2015 Handbook of Solid State Batteries Materials and Energy T 6 vid 2nd World Scientific Publishing Co Pte doi 10 1142 9487 ISBN 978 981 4651 89 9 Bullis Kevin 19 kvitnya 2011 MIT Technology Review Arhiv originalu za 13 grudnya 2020 Procitovano 7 sichnya 2018 Inoue Takao Mukai Kazuhiko 18 sichnya 2017 Are All Solid State Lithium Ion Batteries Really Safe Verification by Differential Scanning Calorimetry with an All Inclusive Microcell ACS Applied Materials amp Interfaces 9 2 1507 1515 doi 10 1021 acsami 6b13224 ISSN 1944 8244 PMID 28001045 Eisenstein Paul A 1 sichnya 2018 NBC News Arhiv originalu za 6 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018 Limer Eric 25 lipnya 2017 Popular Mechanics Arhiv originalu za 8 sichnya 2018 Procitovano 7 sichnya 2018

Дата публікації:
Топ