Det är inte en lätt uppgift att utveckla en BEV som i likhet med nuvarande ICE-fordon kan tankas på tre minuter, har en räckvidd på 1.000 10 km på full tank, drar nytta av tillräcklig infrastruktur och lätt kan köras i minst XNUMX år. Emellertid kan uppkomsten av helsolid-state-batterier störa den nuvarande situationen och avsevärt påskynda marknadsantagandet av BEV.
När litiumjonbatterier, som ofta används i smartphones och andra miniatyriserade elektroniska enheter, används i bilapplikationer ställer de mycket högre krav på säkerhet och batteritid.
Samtidigt finns det en avvägning mellan förbättringar i räckvidd, som i huvudsak kräver en ökning av energitätheten, och säkerhet/hållbarhet. Denna avvägning är huvudorsaken till att prestandan hos nuvarande litiumjonbatterier ses som en möjligen oöverstiglig barriär för det ökade marknadsupptaget av elfordon.
Solid-state-batterier har potential att lösa dessa problem. Solid state-batterier har en lång historia. Fasta elektrolyter utvecklades på 70-talet, men otillräcklig jonledningsförmåga begränsade deras tillämpning. Fasta elektrolyter med liknande eller överlägsen jonledningsförmåga till flytande elektrolyter har emellertid nyligen upptäckts, vilket påskyndar forsknings- och utvecklingsinsatser.
Biltillverkarna
På Tokyo Motor Show 2017 tillkännagav Toyota ett mål för kommersialisering av BEV helt i solid state under första hälften av 20-talet. Även om den första generationen av BEV som kommer att använda hel-solid-state-batterier som förväntas lanseras av Toyota endast kommer att ha en begränsad produktionsvolym, kommer företagets tillkännagivande utan tvekan att stimulera fler ansträngningar från många företag, forskare och statliga enheter i utvecklingen av alla solid-state-batterier .
Volkswagen, Hyundai Motor och Nissan Motor har alla annonserat investeringar i nystartade företag, så vi tror att detta är ett ämne som sannolikt kommer att dra nytta av mycket ökad uppmärksamhet.
Nuvarande litiumjonbatterier består av katoden, en elektrolytlösning, en separator och en anod. Skillnaden i ett solid state-batteri är att elektrolyten är fast. Faktum är att alla komponenter och material är solida, därav "solid state"-terminologin.
Egenskaperna hos solid state-batterier beror på de material som används, men forskningen hittills visar på en tydlig potential när det gäller säkerhet, motstånd mot läckage, motstånd mot förbränning (förenklad kylstruktur), miniatyrisering, designflexibilitet när det gäller formationens direktkontakt med cellskiktet, relativt lång urladdningscykellivslängd, ingen nedbrytning på grund av goda hög/låg temperaturegenskaper, korta laddningstider, hög energitäthet och hög effekttäthet.
Tidigare har låg effekttäthet setts som en svaghet hos solid state-batterier, men Tokyo Institute of Technology och Toyotas forskargrupp har tillsammans utvecklat ett solid state-batteri med tre gånger så stor effekttäthet och dubbelt så mycket energitäthet som befintliga litiumjonbatterier. Vi tror att alla solid-state-batterier har potential att övervinna nackdelarna med elfordon.
De stora effekterna av solid state-batterier på fordonsindustrin inkluderar en acceleration i marknadsupptaget av BEV och förändringar i batteriförsörjningskedjan BEV. Sex BEV skulle ersätta ICE-fordon, skulle det inte behövas motorer, transmissioner och relaterade delar, men det skulle finnas ett nytt behov av batterier, växelriktare, motorer och delar relaterade till dessa system.
För konventionella bilmontörer, som tillverkar motorer och drivlinor internt, är det en viktig källa till mervärde att se till att de har förmågan att utveckla heltäckande fasta batterier internt. För leverantörer kommer det att vara viktigt att se över elementära teknologier för att utveckla nya komponenter.
Om det finns en ökning av marknadsantagandet av BEVRikstäckande regler som styr saker som skatter, energipolitik och resurser kommer sannolikt också att förändras.
En övergång från flytande till fasta litiumjonbatterier skulle också innebära en byte från flytande till fasta elektrolyter och ett minskat behov av separatorer, och det skulle finnas potential att använda nya material för katoder och anoder.
Materialen som används i de helsolid-state-batterier som Toyota kommer att lansera under första halvåret 2020 kommer sannolikt att likna de som används för närvarande, och eftersom produktionsvolymerna minskar kommer effekten på den nuvarande leveranskedjan också att bli små. Men om vi ser materiella framsteg i FoU-insatser, kommer helsolid-state-batterier tillgängliga under andra hälften av 2020- och 2030-talen sannolikt att vara störande.
Det har talats om en partiskhet mot i BEV, men den nuvarande marknadskonsensusen är att vi nu befinner oss i en era av "drivlinsdiversifiering" snarare än att bli myndig BEV som sådan. Men vi tror att om ansträngningarna för att utveckla massproduktion av helsolid-state-batterier är framgångsrika, BEV det kan vara nära.
Trots det skulle ett antal problem behöva övervinnas. Forskning och utveckling som syftar till massproduktion av alla solid-state-batterier har precis påbörjats och i vilken utsträckning produktionskostnaderna kommer att minska är ännu inte klart. I teorin borde det finnas betydande kostnadsreduktionspotential med tanke på förenklingen av batteripaket och användningen av billiga elektrodmaterial.
Å andra sidan, om det blir större framsteg än väntat när det gäller att förbättra prestanda för litiumjonbatterier och större kostnadsminskningar, kan övergången till helsolid-state-batterier försenas.
Det finns också en risk att intresset för bl.a BEV själva kan blekna på grund av utvecklingen inom elhybridfordon (HEV) och standardiserade ICE-fordon, debatten om "well-to-wheels" och dieselfordonens förnyade popularitet, vilket kan innebära att utvecklingsinsatserna för alla batterier i solid state försvagas.
Ur räckviddssynpunkt och den tid som krävs för att tanka vätgas är bränslecellsfordon en annan potentiell konkurrent. Även om infrastrukturfrågor är ett problem, finns det en betydande potential när det gäller att ersätta fossila bränslen och transportera energi.
KPMG:s Global Automotive Executive Survey 2018 rankade bränslecellsfordon som den främsta trenden fram till 2025 och BEV rankad 3:e enligt globala fordonschefer. 2017 vände samma omröstning utvecklingen, med bl.a BEV på första plats och bränslecellsfordon på tredje plats.
BlogInnovazione.it
En oftalmoplastikoperation med Apple Vision Pro kommersiella tittare utfördes på Catania Polyclinic...
Att utveckla finmotorik genom färgläggning förbereder barn för mer komplexa färdigheter som att skriva. Att färglägga…
Marinesektorn är en sann global ekonomisk makt, som har navigerat mot en marknad på 150 miljarder...
I måndags tillkännagav Financial Times ett avtal med OpenAI. FT licensierar sin journalistik i världsklass...
