Inovații de piață: baterii cu stare solidă

Boom-ul vehiculelor electrice cu baterii (BEV) este rezultatul idealurilor promovate de guverne, reglementări și etica în afaceri. Până acum, nu este nimeni BEV capabil să răspundă nevoilor consumatorilor în același mod ca un vehicul cu motor cu combustie internă (ICE) și, pe baza foilor de parcurs anunțate de producătorii de automobile, nu există niciun semn că va apărea unul până în 2030.

Caracteristici

Nu este o sarcină ușoară să dezvoltați un BEV care, la fel ca actualele vehicule ICE, pot fi alimentate în trei minute, au o autonomie de 1.000 km cu rezervorul plin, beneficiază de infrastructură suficientă și pot fi exploatate cu ușurință cel puțin 10 ani. Cu toate acestea, apariția bateriilor cu stare solidă ar putea perturba situația actuală și ar putea accelera considerabil adoptarea pe piață a BEV.

Atunci când bateriile litiu-ion, utilizate pe scară largă în smartphone-uri și alte dispozitive electronice miniaturizate, sunt folosite în aplicații auto, acestea impun cerințe mult mai mari în ceea ce privește siguranța și durata de viață a bateriei.

În același timp, există un compromis între îmbunătățirea autonomiei, care necesită în esență o creștere a densității energetice și siguranță/durabilitate. Acest compromis este principalul motiv pentru care performanța bateriilor litiu-ion actuale este văzută ca o barieră posibil de nedepășit în calea absorbției crescute pe piață a vehiculelor electrice.

Bateriile cu stare solidă au potențialul de a depăși aceste probleme. Bateriile cu stare solidă au o istorie lungă. Electroliții solizi au fost dezvoltați în anii 70, dar o conductivitate ionică insuficientă a limitat aplicarea acestora. Cu toate acestea, electroliți solizi cu conductivitate ionică similară sau superioară electroliților lichizi au fost descoperiți recent, accelerând eforturile de cercetare și dezvoltare.

Producătorii de mașini

La Salonul Auto de la Tokyo din 2017, Toyota a anunțat un obiectiv pentru comercializare BEV în întregime în stare solidă în prima jumătate a anilor 20. Deși prima generație a BEV care va folosi baterii cu stare solidă care se așteaptă să fie lansată de Toyota va avea doar un volum de producție limitat, anunțul companiei va stimula, fără îndoială, mai multe eforturi ale multor companii, cercetători și entități guvernamentale în dezvoltarea tuturor bateriilor cu stare solidă. .

Volkswagen, Hyundai Motor și Nissan Motor au anunțat toate investiții în companii start-up, așa că credem că acesta este un subiect care ar putea beneficia de o atenție mult mai mare.

Potenţialul bateriilor cu stare solidă

Bateriile actuale litiu-ion constau dintr-un catod, o soluție de electrolit, un separator și un anod. Diferența într-o baterie cu stare solidă este că electrolitul este solid. De fapt, toate componentele și materialele sunt solide, de unde și terminologia „în stare solidă”.

Proprietățile bateriilor cu stare solidă depind de materialele folosite, dar cercetările până în prezent relevă un potențial clar în ceea ce privește siguranța, rezistența la scurgeri, rezistența la ardere (structură de răcire simplificată), miniaturizare, flexibilitate de proiectare în ceea ce privește formarea contactului direct cu stratul celular, durata de viață relativ lungă a ciclului de descărcare, fără degradare din cauza proprietăților bune de temperatură înaltă/joasă, timpi scurti de încărcare, densitate mare de energie și densitate mare de putere.

În trecut, densitatea scăzută de putere a fost văzută ca o slăbiciune a bateriilor cu stare solidă, dar Institutul de Tehnologie din Tokyo și echipa de cercetare Toyota au dezvoltat împreună o baterie cu stare solidă cu densitatea de putere de trei ori mai mare și densitatea de energie de două ori mai mare decât cea existentă. baterii litiu-ion. Credem că toate bateriile cu stare solidă au potențialul de a depăși dezavantajele vehiculelor electrice.

Impactul pătrunderii pe piață a bateriilor cu stare solidă

Impactul major al bateriilor cu stare solidă asupra industriei auto includ o accelerare a absorbției pe piață a BEV și schimbări în lanțul de aprovizionare cu baterii BEV. Şase BEV ar înlocui vehiculele ICE, nu ar fi nevoie de motoare, transmisii și piese aferente, dar ar fi o nouă nevoie de baterii, invertoare, motoare și piese legate de aceste sisteme.

Pentru asamblatorii de automobile convenționale, care produc motoare și sisteme de propulsie interne, asigurarea faptului că au capacitatea de a dezvolta baterii cu stare solidă în interior este o sursă importantă de valoare adăugată. Pentru furnizori, va fi important să revizuiască tehnologiile elementare pentru a dezvolta noi componente.

Dacă există o creștere a adoptării pe piață a BEVNormele la nivel național care guvernează lucruri precum taxele, politica energetică și resursele sunt, de asemenea, probabil să se schimbe.

O trecere de la bateriile lichide la baterii litiu-ion în stare solidă ar însemna, de asemenea, o trecere de la electroliți lichidi la cei solizi și o scădere a nevoii de separatoare și ar exista potențialul de a folosi noi materiale pentru catozi și anozi.

Materialele utilizate în bateriile cu stare solidă pe care Toyota le va lansa în prima jumătate a anului 2020 vor fi probabil similare cu cele utilizate în prezent și, pe măsură ce volumele de producție sunt reduse, impactul asupra lanțului de aprovizionare actual va fi, de asemenea, probabil. mic. Cu toate acestea, dacă vedem progrese semnificative în eforturile de cercetare și dezvoltare, bateriile cu stare solidă disponibile în a doua jumătate a anilor 2020 și 2030 sunt probabil să perturbe.

Bariere în calea introducerii pe piață a bateriilor cu stare solidă

S-a vorbit despre o prejudecată față de i BEV, dar consensul actual al pieței este că acum ne aflăm într-o eră a „diversificării grupului motopropulsor”, mai degrabă decât a majorității BEV ca atare. Cu toate acestea, credem că, dacă eforturile de a dezvolta producția de masă de baterii cu stare solidă sunt de succes, era de BEV poate fi aproape.

Chiar și așa, ar trebui depășite o serie de probleme. Cercetarea și dezvoltarea care vizează producția în masă a tuturor bateriilor cu stare solidă tocmai a început și în ce măsură vor scădea costurile de producție nu este încă clar. În teorie, ar trebui să existe un potențial semnificativ de reducere a costurilor, având în vedere simplificarea pachetelor de baterii și utilizarea materialelor pentru electrozi la preț redus.

Pe de altă parte, dacă există progrese mai mari decât cele așteptate în îmbunătățirea performanței bateriilor litiu-ion și reduceri mai mari de costuri, tranziția la bateriile cu stare solidă ar putea fi amânată.

Viitor

Există și riscul ca interesul pentru i BEV ei înșiși pot dispărea din cauza dezvoltării vehiculelor electrice hibride (HEV) și vehiculelor ICE standard, a dezbaterii „well-to-wheels” și a popularității reînnoite a vehiculelor diesel, ceea ce ar putea însemna slăbirea eforturilor de dezvoltare pentru toate bateriile cu stare solidă.

Din punct de vedere al autonomiei și al timpului necesar realimentării cu hidrogen, vehiculele cu celule de combustie sunt un alt potențial competitor. Deși problemele de infrastructură sunt o problemă, există un potențial considerabil în ceea ce privește înlocuirea combustibililor fosili și transportul energiei.

Sondajul Global Automotive Executive Survey din 2018 al KPMG a clasat vehiculele cu celule de combustibil drept tendința cheie de top până în 2025 și BEV clasat pe locul 3 în funcție de directorii globali din domeniul auto. În 2017, același sondaj a dat peste cap, cu i BEV pe primul loc, iar vehiculele cu celule de combustibil pe locul trei.

BlogInnovazione.it