¿Es fiable invertir en baterías de estado sólido a gran escala? 丨 Dimensión C
Las baterías de estado sólido parecen estar cada vez más cerca de nosotros, y una tras otra van surgiendo diversas novedades.
El 8 de diciembre, QuantumScape, una startup que cotiza en bolsa con inversión de Volkswagen y Bill Gates, publicó los últimos datos sobre el rendimiento de las baterías de estado sólido después de diez años de investigación. datos. La compañía también afirma que esta batería de estado sólido puede ser la primera batería de estado sólido comercialmente viable. El precio de las acciones de QuantumScape se disparó cuando el mercado de valores se enteró de la noticia.
La batería de estado sólido, que puede aumentar la autonomía de los vehículos eléctricos en un 80% y cargar el 80% en 15 minutos, entrará en producción en 2024. La clave de su avance fue el uso de electrolitos cerámicos flexibles en lugar de electrolitos líquidos. Se dice que el rendimiento de la batería no se verá afectado incluso a temperaturas extremadamente bajas de -30 grados centígrados.
Suena emocionante. Sin embargo, la mayor duda es que aún no se han publicado muchos detalles de la batería. Como dice el informe de investigación de la CICC, lo que se muestra actualmente es solo una pila de baterías, no una unidad de batería, por lo que es imposible determinar su cantidad. la energía que la unidad de batería puede contener, ni se puede determinar qué tan bien la soporta la infraestructura de carga. Por otro lado, ¿QuantumScape no es simplemente "poner un satélite PPT"?
¿Qué esconde QS?
QuantumScape habló sobre muchas tecnologías interesantes en la conferencia de prensa. Por ejemplo, las baterías de estado sólido son una mejora importante con respecto a las baterías de iones de litio tradicionales y pueden mantener más del 80% de su capacidad después de cargarse. 800 veces.
Además, esta batería es retardante de llama y tiene una densidad de energía volumétrica de más de 1.000 Wh/L, que es casi el doble de la densidad de los principales paquetes de baterías de iones de litio comerciales y de la densidad de las baterías actuales. Utilizado en Tesla Model 3 cuatro veces. Incluso Stan Whittingham, cofundador de la empresa, inventor de las baterías de iones de litio y uno de los premios Nobel de Química de 2019, dijo: "La parte más difícil de fabricar baterías de estado sólido es que deben cumplir múltiples requisitos". como alta densidad de energía, carga rápida, ciclo de vida prolongado y funcionamiento en amplio rango de temperatura, los datos muestran que la batería de estado sólido de QuantumScape cumple plenamente con todos estos requisitos, algo que nunca antes se había informado cuando la tecnología se pone en producción en masa. probablemente cambiará toda la industria.
Sin embargo, QuantumScape también oculta muchas cosas.
Por ejemplo, según el informe de investigación de CICC, en primer lugar, QuantumScape no. no existe una ruta técnica específica y se proporcionan parámetros detallados de la batería; en segundo lugar, la muestra de batería que se muestra es solo una pila de una sola capa, no una unidad de batería real, lo que significa que se trata solo de datos de laboratorio. por otro lado, según el diseño de la patente y la publicidad de QuantumScape, la ruta de la batería de estado sólido de QuantumScape debería ser un sistema de óxido debajo de una batería de estado sólido de óxido compuesto similar al granate (¿Compuesto?), Es decir, circonato de litio y lantano. > Además, una gran cantidad de sistemas de patentes relacionados con QuantumScape encontrados por CICC en las patentes de Google también son óxido de circonato de lantano y litio, que también es el óxido de batería de estado sólido actual. El material con mayor probabilidad de producirse en masa por esta ruta también lo es. la rama más estable del litio metálico en el sistema de electrolitos de óxido recién descubierto después de 2007. En términos prácticos, ya existen dos pequeñas líneas de producción desarrolladas por Qingtao en China.
Por lo tanto, no es sorprendente que. Las baterías masivas de estado sólido toman la ruta del electrolito cerámico flexible en el sistema de óxido. Sin embargo, el sistema de circonato de lantano y litio tiene ventajas y desventajas.
Las características del sistema de circonato de lantano y litio (LLZO) son las siguientes: En primer lugar, es el electrolito más adecuado para el litio metálico entre todos los sistemas actuales de electrolitos de baterías de estado sólido. Es relativamente posible omitir directamente el ánodo de silicio y realizar la aplicación del ánodo de litio metálico con una amplia ventana electroquímica. soportar voltajes superiores a 5 V.
Sin embargo, el sistema LLZO también tiene muchas deficiencias. Por ejemplo, la conductividad de este sistema compuesto de granate es solo 10 ^ -4 directamente dos órdenes de magnitud más pequeña que la del electrolito líquido.
En segundo lugar, el rendimiento de la interfaz anódica de LLZO es deficiente. Esto se debe, por un lado, a que la estructura del granate impide que se aplane la superficie de contacto con el metal litio y, por otro lado, el contacto con el electrodo negativo es relativamente deficiente.
Por lo tanto, las soluciones que se están explorando actualmente en China incluyen ánodos compuestos, procesos de tratamiento de interfaz optimizados, introducción de capas de interfaz y composición de electrolitos, etc. Por ejemplo, Qingdao Development Company se ha embarcado en el camino de los ánodos compuestos.
Además, el proceso de preparación es complejo y las fuentes de equipos de fabricación también son diferentes. En otras palabras, el sistema de producción de baterías de litio existente no se puede generalizar y debe reconstruirse. Además de la propia batería, también es muy importante la construcción de instalaciones de apoyo.
En 2017, Fisker dijo una vez que "puede recorrer 800 kilómetros después de un minuto de carga". Pero según los cálculos de Lu Yixing, un grupo de datos de la comuna, para lograr este efecto, el diámetro del cable de aluminio de la pila de carga debe alcanzar los 60 cm, lo que significa que el cable es más grueso que un lavabo. ¿Es esto posible? Con la tecnología actual, "¡se necesitaría un 'rayo' para lograr el efecto!"
Según este modelo (actualmente el voltaje general es de 350 V), el periodista calculó que la batería de estado sólido debe podrá cargar el 80% de la batería en 15 minutos, el diámetro del cable de aluminio de la pila de carga aún debe ser superior a 15 cm. Incluso si se reemplaza con un cable de cobre con el doble de conductividad, el diámetro. Todavía es más de 7,5 cm. Por ahora, es muy difícil de lograr (el método de cálculo se puede agregar a la discusión de micro Bo) Karma-Shaanxi).
Recientemente, Li Xiang, Li Xiang, dijo: "Sólo cuando la tecnología de vehículos eléctricos de segunda generación esté madura, Li Auto se convertirá en un vehículo eléctrico puro". Una de las características distintivas de la tecnología de segunda generación es la realización de una carga rápida de 400 kW en una plataforma de voltaje de 800 V. Pero desde una perspectiva realista, una potencia de carga de 400 kilovatios puede ser difícil de alcanzar en un plazo de 5 a 10 años.
Sabemos que la llegada de los supercargadores de 350 kilovatios que Tesla espera conseguir es incierta. Por lo tanto, después de una consideración exhaustiva, el momento dado por la industria sobre si las baterías de estado sólido realmente pueden lograr la producción y comercialización en masa es después de 2030.
Entonces, también hay preguntas en la industria. QuantumScape dijo que se planea producir baterías de estado sólido en 2024-2025. En conjunto, el circonato de litio y lantano como celda de batería de electrolito tiene cierta practicidad en términos de rendimiento teórico, pero todavía queda un largo camino por recorrer antes de la producción en masa.
Entonces, esta batería de estado sólido parece ser un "satélite" PPT lanzado por QuantumScape para hacer frente a la presión inversora del público y dar confianza a los inversores. Desde el punto de vista de la inversión, es comprensible. Después de todo, han pasado diez años y necesitamos obtener algunos resultados. Es más, el mercado de valores apuesta por el futuro.
Sin embargo, el periodista consultó a un experto de la industria, quien dijo que "este camino debería ser difícil de seguir", incluidos los componentes de tierras raras circonato de litio y circonato de lantano. El contenido de dos elementos es demasiado pequeño. "La ruta del sulfuro es factible. Toyota tuvo esto en cuenta al desarrollar baterías de estado sólido. Por lo tanto, no podemos decir hasta dónde puede llegar la ruta del óxido.
El camino hacia las baterías de estado sólido
Volvamos a las baterías de estado sólido. El principio es simple: reemplace el electrolito líquido utilizado en las baterías de litio existentes con un electrolito sólido o semisólido. Técnicamente, los electrolitos de estado sólido pueden tener un espesor de decenas de micrones. Reducir el volumen también reduce el peso. Las baterías de estado sólido con alta densidad de energía y alta seguridad son el objetivo final de la tecnología de baterías.
El origen de las baterías de estado sólido se remonta a ese año, Scrosati. B. Informó por primera vez sobre una batería primaria de iones de litio de estado sólido que utilizaba LiI como electrolito. Once años después, en 1983, la japonesa Toshiba desarrolló una práctica batería de litio de película delgada de litio/TiS2 totalmente sólida.
Vale la pena señalar que la conductividad de la mayoría de los electrolitos sólidos es más de 10 veces menor que la del electrolito, lo que hace que la carga sea más rápida. El rendimiento es muy problemático y da mucho miedo. Además, las baterías de estado sólido solo utilizan ánodos de litio metálicos. Por lo tanto, es muy difícil superar la densidad de energía masiva de los sistemas de baterías. El avance tecnológico principal de las baterías de estado sólido radica principalmente en la tecnología de material de electrolito de estado sólido que logra una alta conductividad iónica y la tecnología de fabricación de interfaz sólido-sólido que logra una baja impedancia. Rendimiento de seguridad, alta densidad de energía y ciclo de vida prolongado, todavía es difícil lograr aplicaciones de producción en masa en la industria automotriz.
Por ejemplo, el rendimiento actual de las baterías de estado sólido es sólo ligeramente superior al de las baterías líquidas (la densidad de energía unitaria es de 400 Wh/kg) y el ciclo de vida no es superior a 500 veces. Esta vez, Liangjing anunció que los tiempos de carga pueden llegar a 800 veces. Estos datos son muy buenos, pero solo deberían ser datos experimentales.
Hablamos de países extranjeros y nacionales. La primera persona en China que empezó a prestar atención a las baterías de estado sólido fue el académico Chen Liquan. Según él, a su llamada, en 1987, el Ministerio de Ciencia y Tecnología de mi país incluyó las baterías de litio de estado sólido como uno de los primeros grandes proyectos del plan "863". Sin embargo, según el nivel técnico de la época, esta tarea era obviamente "¿MISIÓN? IMPOSIBLE".
Hasta 2012, el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China volvió a incluir baterías de litio de almacenamiento de energía de estado sólido en el plan "863" del "Duodécimo Plan Quinquenal". En 2018, el Ministerio de Ciencia y Tecnología de China incluyó baterías de litio de estado sólido para aplicaciones de almacenamiento de energía en el plan nacional clave de investigación y desarrollo.