ความก้าวหน้าใหม่ในการวิจัยของวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมกำลังคืออะไร

เนื่องจากข้อจำกัดของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมกำลัง ยานพาหนะพลังงานใหม่จึงมีช่วงการใช้งานที่ต่ำ อายุการใช้งานสั้น (เวลาในการชาร์จและการคายประจุต่ำ) และอัตราการลดทอนสูง ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อการใช้งานยานพาหนะพลังงานใหม่ในวงกว้าง เมื่อเร็ว ๆ นี้ เกาหลีใต้และญี่ปุ่นได้ประกาศความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในเทคโนโลยีวัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมพลังงาน และต้นทุนของแบตเตอรี่ลิเธียมพลังงานจะลดลงในอนาคต

ในการประชุมนวัตกรรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติครั้งที่ 5 และการประชุมสุดยอดพลังงานพลังงานครั้งที่ 4 ศาสตราจารย์ Wu Feng จากสถาบันเทคโนโลยีปักกิ่ง และแขกที่เข้าร่วมได้แบ่งปันความคืบหน้าการวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมกำลังและวัสดุที่เกี่ยวข้อง

ความต้องการที่สำคัญของประเทศได้ส่งเสริมการก้าวกระโดดครั้งใหม่ในการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมพลังงาน ในขณะที่มั่นใจในความปลอดภัย แบตเตอรี่ลิเธียมกำลังชนิดใหม่ที่มีพลังงานสูง กำลังสูง อายุการใช้งานยาวนาน ต้นทุนต่ำ และไม่มีมลพิษ กำลังก่อตัวเป็นอุตสาหกรรมและเข้าสู่ตลาดตามความต้องการของผู้ใช้ที่แตกต่างกัน Wu Feng กล่าวว่าการรวมเทคโนโลยีระหว่างแบตเตอรี่นิกเกิลไฮโดรเจน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่ระบบใหม่พลังงานสูงเฉพาะ และซุปเปอร์คาปาซิเตอร์เป็นสิ่งสำคัญมาก การบูรณาการเทคโนโลยีนี้เองก็เป็นนวัตกรรมทางเทคโนโลยีเช่นกัน มันจะเป็นการเปิดบทใหม่สำหรับการพัฒนาแบตเตอรี่สำรองใหม่ในประเทศจีนพร้อมกับอินเทอร์เน็ต!

ในการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมกำลังประสบปัญหาต่อไปนี้: สามารถสร้างแบตเตอรี่พลังงานจำเพาะสูงรุ่นใหม่ได้หรือไม่? เราสามารถแก้ไขปัญหาด้านความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่ได้หรือไม่ อายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานสามารถทำได้หรือไม่? สามารถปรับปรุงความคุ้มทุนของแบตเตอรี่ได้หรือไม่?

ในปี 2015 ดัชนีความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังอยู่ที่ 120-180Wh/kg และระบบวัสดุที่สำคัญคือกราไฟต์ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตและกราไฟท์แบบไตรภาค ดัชนีความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานรุ่นใหม่ในปี 2020 คือ: ลิเธียมเข้มข้น (250mAh/g) - อิเล็กโทรดลบซิลิคอนคาร์บอน: เซลล์แบตเตอรี่ 300Wh/กก.

การปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังไม่เพียงเกี่ยวข้องกับวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบเท่านั้น แต่ยังต้องการข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้อีกด้วย Wu Feng กล่าวว่าการใช้วัสดุอิเล็กโทรดบวกแบบไตรภาคของ NCM และวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ Si/C ทำให้สามารถเตรียมแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานจำเพาะสูงที่มีความหนาแน่นของพลังงาน 319Wh/กก.

เกี่ยวกับความคืบหน้าการวิจัยเกี่ยวกับระบบวัสดุของแบตเตอรี่ลิเธียมกำลัง 300Wh/kg, Wu Feng กล่าวว่าอิทธิพลของปริมาณนิกเกิลไดวาเลนต์ต่อปรากฏการณ์การผสมนิกเกิลลิเธียมในวัสดุแคโทดแบบไตรภาคที่มีนิกเกิลสูง มีการศึกษา NCM811 พบว่าการเพิ่มอัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ของลิเธียมสามารถเพิ่มปริมาณนิกเกิลไดวาเลนต์ในวัสดุได้ ซึ่งช่วยลดการผสมนิกเกิลลิเธียมในวัสดุและปรับปรุงประสิทธิภาพความเสถียรในการหมุนเวียนของวัสดุ นอกจากนี้ ได้มีการเตรียมวัสดุแคโทดแบบไตรนารีนิกเกิลสูง (LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2) ที่มีการเติบโตที่เหนือกว่าของระนาบคริสตัล 010 และการตรวจวัดทางเคมีไฟฟ้าแสดงให้เห็นว่าวัสดุดังกล่าวมีประสิทธิภาพด้านอัตราที่ดีเยี่ยม และออกแบบและพัฒนาโครงสร้างลำดับชั้นทรงกลมที่มีความได้เปรียบของพื้นผิวที่ใช้งานทางเคมีไฟฟ้าเพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงลักษณะการหมุนเวียนของอัตราการและประสิทธิภาพของอัตราของวัสดุที่ใช้แมงกานีสที่อุดมไปด้วยลิเธียมสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

ในการวิจัยวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ มีการสังเคราะห์อิเล็กโทรดคอมโพสิต SiO/CNx ที่ไม่มีสารยึดเกาะโดยวิธีการเคลือบโดยตรง ไนโตรเจนที่มีตาข่ายคาร์บอนสามารถบัฟเฟอร์การเปลี่ยนแปลงปริมาตรในระหว่างกระบวนการหมุนเวียน ทำให้เกิดเครือข่ายสื่อกระแสไฟฟ้าที่ดีบนพื้นผิวของ SiO และเป็นช่องทางที่เสถียรสำหรับการส่งข้อมูลทางอิเล็กทรอนิกส์ และวัสดุคอมโพสิต Si/Ni/กราไฟท์ถูกสังเคราะห์โดยใช้วิธีการกัดลูกบอลพลังงานสูง โลหะ Ni และกราไฟต์เชื่อมต่อกันเพื่อสร้างเครือข่ายนำไฟฟ้าที่ดี และนาโนคริสตัลไลน์ Si ถูกฝังอยู่ในแหล่งกำเนิดในเมทริกซ์ SiOx เพื่อปรับปรุงกิจกรรมไฟฟ้าเคมีของ SiOx

การวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์เชิงฟังก์ชัน ออกแบบและพัฒนาอิเล็กโทรไลต์โคลนชนิดใหม่ที่มีลิเธียมซิลิเกต ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยและเสถียรภาพในการปั่นจักรยานของวัสดุแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไฟฟ้าแรงสูงอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ อิเล็กโทรไลต์และสารเติมแต่งเชิงฟังก์ชันด้านความปลอดภัยยังได้รับการพัฒนา ได้แก่ อิมิดาโซลิโนน ของเหลวไอออนิกริงไพริดีน และสารเติมแต่งฟอสเฟตสารหน่วงการติดไฟ ได้ถูกรวมเข้ากับสารเติมแต่งที่ก่อให้เกิดฟิล์ม เช่น บิวทีนซัลไฟต์ เพื่อพัฒนาชุดระบบอิเล็กโทรไลต์เชิงฟังก์ชันที่มีสารหน่วงการติดไฟและความเข้ากันได้ทางไฟฟ้าเคมี ปรับปรุงความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และการปรับอุณหภูมิของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้อย่างมีนัยสำคัญ (ขยายช่วงอุณหภูมิจาก -20 องศาเป็น +60 องศาเป็น -40 องศาถึง+80 องศา ) . และอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตตที่มีโครงสร้างเครือข่ายของเหลวไอออนิก mesoporous 2+ ซึ่งมีหน้าต่างไฟฟ้าเคมีกว้าง ความเสถียรทางความร้อนสูง และค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกที่อุณหภูมิห้อง 10-3S/cm ได้รับการพัฒนา ให้การสนับสนุนด้านวัสดุสำหรับการแก้ปัญหาด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่พลังงานจำเพาะสูงใหม่

นอกเหนือจากการวิจัยเกี่ยวกับวัสดุแบตเตอรี่แล้ว แบตเตอรี่สำรองยังได้เจาะเข้าไปในเศรษฐกิจของประเทศและชีวิตของผู้คนในด้านต่างๆ การผลิตแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดแรงกดดันด้านสิ่งแวดล้อมและทรัพยากรมหาศาลต่อสังคม ตามการคาดการณ์ยอดขายรถยนต์พลังงานใหม่ในประเทศจีน ความต้องการแบตเตอรี่ลิเธียมพลังงานเพียงอย่างเดียวจะสูงถึง 3 หมื่นล้านวัตต์ชั่วโมงในปี 2563 และผลกระทบด้านลบต่อสิ่งแวดล้อมจะรุนแรงมากขึ้น ทรัพยากรลิเธียมก็จะขาดแคลนมากขึ้นเช่นกัน ด้วยการนำเทคโนโลยีการนำกรดอินทรีย์กลับมาใช้ใหม่ตามธรรมชาติที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ช่วยให้สามารถรีไซเคิลแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นขยะสีเขียวและมีประสิทธิภาพได้สำเร็จ (ด้วยอัตราการชะล้างลิเธียมและโคบอลต์ที่ 98% และ 94% ตามลำดับ) ซึ่งเหนือกว่าเทคโนโลยีกระบวนการที่ใช้กรดแก่ในต่างประเทศ และป้องกันมลพิษทุติยภูมิในการบำบัดด้วยกรดเข้มข้น

ความก้าวหน้าในการวิจัยและพัฒนาวัสดุใหม่สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม

เราหวังเป็นอย่างยิ่งว่าจะได้ผลลัพธ์เชิงบวกในแง่ของวัสดุ ซึ่งค่อนข้างยากสำหรับเรา จากมุมมองของบริษัท ตัวชี้วัดทางเทคนิคด้านความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และต้นทุนได้หยิบยกข้อกำหนดต่างๆ ขึ้นมา ซึ่งในจำนวนนี้ตัวชี้วัดผลกำไรและตัวชี้วัดการพัฒนาระยะยาวนั้นสูงมาก รัฐบาลและรัฐได้เสนอข้อกำหนดความหนาแน่นของพลังงานที่สูงมากสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมพลังงาน สำหรับโครงการต่างๆ เช่น ยานพาหนะพลังงานใหม่และโครงการวิจัยพื้นฐานที่ประกาศในปีนี้ หวังว่าความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจะสูงถึง 400Wh/กก. และความหนาแน่นของพลังงานของตัวอย่างแบตเตอรี่ของระบบใหม่จะสูงถึง 500Wh/กก. สำหรับบริษัท 300Wh/kg ก็ไม่ใช่เรื่องง่าย และจำเป็นต้องพัฒนาระบบใหม่จำนวนมาก ข้อกำหนดของ "Made in China 2025" คือการมีน้ำหนัก 400wh/kg หรือสูงกว่า และยังคงมีช่องว่างที่สำคัญระหว่างคำสำคัญในวิธีการบางอย่างที่เสนอ ซึ่งก็คือแบตเตอรี่

จากมุมมองของตัวชี้วัดผลิตภัณฑ์ เราจะมาเปรียบเทียบข้อกำหนดที่เกี่ยวข้องของรัฐบาลแห่งชาติต่างๆ กัน เพิ่งพูดถึง "Made in China 2025" ด้านล่างนี้คือการแข่งขันระหว่างญี่ปุ่นและสหรัฐอเมริกา ในปีนี้ มีการเปิดตัวโครงการพิเศษ 3 โครงการ ซึ่งทั้งหมดเกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ลิเธียม

ทุกคนหวังว่าจะบรรลุเป้าหมาย 400wh/kg ในอนาคต ทำไมเราจึงกำหนดตัวบ่งชี้นี้ สาเหตุหลักมาจากการพิจารณาด้านความปลอดภัยของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ยกตัวอย่าง BAIC New Energy EV200 โดยการใช้พลังงานต่อ 100 กิโลเมตรคือ 14 kWh และอายุการใช้งานที่ต้องการคือ 10 ปี 200,000 กิโลเมตร อย่างไรก็ตาม ต้นทุนได้ลดลงอย่างมากแล้ว การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอนาคตจะส่งผลให้มีต้นทุนที่สูงขึ้นอย่างมากเพื่อให้ได้ช่วงเดียวกันเมื่อเปรียบเทียบกับสถานการณ์ปัจจุบัน ดังนั้น หากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงานของยานพาหนะไฟฟ้าไม่พัฒนาให้มีพลังงานสูง ก็จะเผชิญกับการแข่งขันที่รุนแรงมากขึ้นในรถยนต์ไฟฟ้าบริสุทธิ์ในอนาคต และอาจถึงขั้นถูกครอบงำด้วยแบตเตอรี่พลังงานเชื้อเพลิง

จากมุมมองของการพัฒนาเชิงปฏิบัติ การพัฒนาโดยรวมจะช้าและค่อนข้างมีเสถียรภาพ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการยกระดับและทดแทนเทคโนโลยีและวัสดุ แม้ว่าเราจะเดินตามเส้นทาง หากเราสามารถตามความเร็วการพัฒนาในปัจจุบันได้ คุณก็จะสามารถบรรลุ 300 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมได้ภายในปี 2563 และ 390 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมภายในปี 2573 เราจะค่อยๆ บรรลุแผนงานนี้ได้อย่างไร ประการที่สอง เราสามารถบรรลุ 400 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมหรือสูงกว่านั้นได้หรือไม่

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอิเล็กโทรไลต์เหลวได้พัฒนามาสามรุ่นแล้ว และเมื่อปีที่แล้วก็มีการแนะนำโดยละเอียด สิ่งสำคัญคือในแง่ของวัสดุอิเล็กโทรดบวก แต่ละอันกำลังได้รับการอัพเกรดและเปลี่ยนใหม่ เพิ่มแรงดันไฟฟ้าหรือความจุ การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในด้านอิเล็กโทรดเชิงลบคือการนำนาโนซิลิคอนคาร์บอนเข้าไปในอิเล็กโทรไลต์ในแบตเตอรี่พลังงาน ร่วมกับเทคนิคบางอย่าง เช่น ตัวแยกที่เคลือบด้วยเซรามิก แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เรากำลังมองหาอยู่สามารถผลิตได้สูงแค่ไหน? ความหนาแน่นของพลังงานต่ำเป็นสิ่งที่ดีมาก โดยเสียสละความสามารถในการรีไซเคิล ไม่ต้องพูดถึงความปลอดภัย และให้พลังงานสูง อย่างไรก็ตาม ไม่ได้หมายความว่าไม่สามารถปรับปรุงความสามารถในการรีไซเคิลได้ แต่จำเป็นต้องมีการวิจัยขั้นพื้นฐานและรายละเอียดบางประการ นี่คือบริษัทสำรวจในฝรั่งเศสที่ได้รับความคิดเห็นเกี่ยวกับวัสดุมากขึ้นเรื่อยๆ ขณะนี้หลายทีมและเพื่อนร่วมงานคุ้นเคยกับเรื่องนี้แล้ว ดังนั้นฉันจะไม่ลงรายละเอียด

อย่างไรก็ตาม มีปัญหาและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพมากมายเกี่ยวกับวัสดุแบตเตอรี่ และได้มีการนำเทคโนโลยีอย่างน้อย 13 รายการขึ้นไปมาใช้เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้อย่างครอบคลุม แต่ละสายมีเทคโนโลยีและเนื้อหาที่มีรายละเอียดมากมาย เมื่อคุณเปลี่ยนวัสดุ แบตเตอรี่ทั้งหมดจะมีการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อน และการพัฒนาวัสดุแบตเตอรี่นี้จะช้าเป็นพิเศษ ซึ่งโดยปกติจะใช้เวลานานกว่าสิบปี ทีมงานและบริษัทหลายแห่งกำลังพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนขนาด 300 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมอยู่แล้ว ปัญหาที่ยากที่สุดในพื้นที่นี้คือความจุอิเล็กโทรดลบที่สูงทำให้เกิดการขยายตัวของปริมาตรสูง ซึ่งเป็นเรื่องยากมากสำหรับคุณที่จะจัดการในระดับแบตเตอรี่ ปัญหาหลักคือวิธีแก้ปัญหาการขยายปริมาณหลังจากชาร์จให้ตรงตามข้อกำหนดของบริษัทแบตเตอรี่ในปัจจุบัน นอกจากนี้ การดำเนินการตามความหนาแน่นของพลังงานสูงเหล่านี้ยังเป็นไปได้ แต่ตัวบ่งชี้การเข้าถึงที่ครอบคลุมจะสามารถตอบสนองข้อกำหนดการใช้งานได้หรือไม่ ฉันไม่แน่ใจว่าเป็นขีดจำกัดบนแบบใด แต่มีวิธีแก้ไขบางอย่างในนั้น เราจะไม่หารือเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของเวลาโดยละเอียด เรายินดีต้อนรับทุกท่านที่ได้มีโอกาสแลกเปลี่ยนเทคโนโลยีในด้านนี้

นอกจากนี้ รัฐบาลจำเป็นต้องผลิต 400wh/kg และ 500wh/kg หลังจากการคำนวณ มีแบบจำลองที่ประกอบด้วยอิเล็กโทรดลบกราไฟท์และลิเธียมโลหะอิเล็กโทรดลบซิลิคอน ถ้าถึง 800 วัตต์ขึ้นไปก็ยังมีโอกาสอยู่ ยังมีวิธีแก้ปัญหาบางอย่างสำหรับ 400wh/kg และ 500wh/kg แต่ก็ทำได้ยากมาก NC สามารถเข้าถึงได้สูงสุด 200 ลิเธียมเชิงลบสามารถเข้าถึงได้ถึง 300 และวัสดุอิเล็กโทรดลบที่แตกต่างกันต้องมีการคำนวณอย่างเป็นระบบ จากมุมมองการคำนวณ ดูเหมือนว่ายังมีวัสดุอิเล็กโทรดบวกและลบบางส่วนที่มีความหนาแน่นสูงผ่านการจับคู่ การคำนวณก่อนหน้านี้ล้วนเป็นเสมือนจริงและเป็นผลงานของ Chinese Academy of Sciences ในเรื่องนี้ เพื่อเสริมสร้างความสำเร็จด้านการวิจัยและพัฒนา ส่งเสริมการพัฒนาเศรษฐกิจ และแก้ปัญหาในทางปฏิบัติ สถาบันวิทยาศาสตร์จีนจึงได้เปิดตัวโครงการนำร่องเชิงกลยุทธ์ระดับ A หนึ่งในโครงการเหล่านี้คือโครงการวัสดุนาโนซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้การสนับสนุนอย่างเข้มข้นสำหรับนาโนเทคโนโลยีที่สถาบันวิจัยในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา หวังว่าสิ่งนี้จะเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรม โครงการแรกคือพลังงานแบตเตอรี่ลิเธียม และมีแนวโน้มที่จะใช้วัสดุนาโนและเทคโนโลยีนาโน

ข้อกำหนดสำหรับโครงการประเภทนี้เสนอโดยรองรัฐมนตรี Yin และ Jun ซึ่งเดิมรับผิดชอบโครงการนี้ งานของเราควรมีเป้าหมายที่ชัดเจน นำไปใช้ได้ และประเมินผลได้ หลังจากการประเมินโดยบุคคลที่สาม มีตัวชี้วัดมากมายในการประเมินระดับของวัสดุและเทคโนโลยีที่ใช้ ไม่ว่าจะมีผลกระทบหรือไม่ และผลกระทบต่อความสามารถ ดังนั้นโครงการประเภทนี้จึงเป็นเรื่องยากมาก เขาเสนอตัวชี้วัดเฉพาะ และประเทศได้เสนอให้บรรลุเป้าหมาย 300 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมภายในปี 2563 และ 150 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัมภายในปี 2558 นอกจากนี้ การพัฒนาอุตสาหกรรมของวัสดุแบตเตอรี่ที่เกี่ยวข้อง เช่น อิเล็กโทรไลต์อิเล็กโทรไลต์ขั้วบวก ตัวคั่น และอื่นๆ ก็ควรเริ่มต้นเช่นกัน . เพื่อให้โครงการนี้เสร็จสมบูรณ์ ได้มีการจัดเตรียมงานที่สำคัญหลายประการไว้ หนึ่งคือการจัดสรรงบประมาณ 60% ให้กับ 70% ของค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน การพัฒนาอิเล็กโทรดขั้วบวกและขั้วลบพลังงานสูง อิเล็กโทรไลต์ไฟฟ้าแรงสูง และตัวแยกความปลอดภัยสูงที่รวมอยู่ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลัง ในระยะยาว เราจำเป็นต้องจัดวางแบตเตอรี่โซลิดสเตต และแบตเตอรี่อากาศก็ได้รับการจัดเตรียมในเรื่องนี้ด้วย เช้านี้อาจารย์เฉินกล่าวถึงระดับการทดสอบด้วย ยังคงมีระดับการทดสอบอยู่บ้างในประเทศจีน แต่มีการสร้างแพลตฟอร์มขึ้นมาสองแพลตฟอร์ม ผมขอรายงานผลโดยย่อนะครับ มีทั้งหมด 12 หน่วยงาน โดยมีทีมวิจัยและพัฒนาประมาณ 300 คน ครอบคลุมด้านต่างๆ อันหนึ่งคืออิเล็กโทรดลบแบบซิลิคอน และฉันได้ทำงานเกี่ยวกับการวิจัยและพัฒนาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในด้านนี้มาเป็นเวลา 19 ปี ซึ่งถือว่าค่อนข้างยาก เมื่อเร็วๆ นี้ฉันได้พัฒนาโครงการนี้จากมุมมองของการใช้งาน และเส้นทางทางเทคนิคที่สำคัญมีสองประเภท: SiOx/C และ Nano Si สิ่งสำคัญคือการทำซ้ำอย่างต่อเนื่องจากตัวชี้วัดทางเทคนิคที่ครอบคลุม หลังจากได้รับการสนับสนุนในปี 2013 เราสามารถบรรลุขนาดการผลิตเป็น 500 กิโลกรัม ซึ่งขึ้นอยู่กับการพิจารณาการออกแบบที่ครอบคลุมเป็นหลัก สิ่งที่ฉันแสดงให้เห็นคือความคิดของเราไม่ใช่ของจริง ยังคงเป็นเรื่องยากมากในการนำเข้าสารเติมแต่งและอื่นๆ และความยากลำบากในการอภิปรายเรื่องนาโนก็คือทำอย่างไรจึงจะได้นาโนซิลิคอน 100 หยวนต่อกิโลกรัม

จะกระจายนาโนซิลิคอนในอนุภาคอย่างสม่ำเสมอได้อย่างไร?

สิ่งที่เรากำลังบรรลุผลสำเร็จในปัจจุบันคือวัสดุที่กระจายนาโนซิลิคอนออกเป็นอนุภาคและสามารถเข้าสู่การผลิตจำนวนมากได้ ในวัสดุ 450 มิลลิแอมแปร์ต่อชั่วโมง โดยทั่วไปจะเป็นโหลดที่มีความจุสูงซึ่งสามารถปั่นได้ประมาณ 500 ครั้ง อย่างไรก็ตาม ซิลิคอนออกไซด์ที่พัฒนาก่อนหน้านี้ยังอยู่ระหว่างการพัฒนา แต่ประสิทธิภาพต่ำและความจุสูงของนาโนซิลิคอนคาร์บอนก็ไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาที่น่าพอใจ ดังนั้นเราจึงกำลังพัฒนาวัสดุซิลิกอนริชออกไซด์รุ่นใหม่ ลดความท้าทายที่เกิดขึ้น

ปัจจุบันบริษัทวัสดุแห่งใหม่นี้อยู่ในอันดับที่สามหรือสองในประเทศจีน ซึ่งช่วยแก้ปัญหาทางเทคนิคต่างๆ ได้ ฉันจะไม่ลงรายละเอียดเกี่ยวกับเรื่องนี้ มีความก้าวหน้าในวัสดุอิเล็กโทรดเชิงลบ แต่เราสะสมวัสดุอิเล็กโทรดบวกได้ค่อนข้างน้อย หลังจากได้รับการสนับสนุนโครงการนี้แล้ว สิ่งสำคัญคือต้องมุ่งเน้นไปที่ระดับความจุสูง ส่วนที่ยากของวัสดุนี้คือการลดทอนแรงดันไฟฟ้า ในงานนี้ สิ่งสำคัญคือต้องสร้างโครงสร้างพื้นผิวขึ้นใหม่เพื่อแก้ปัญหาการลดทอนแรงดันไฟฟ้า จึงสามารถเริ่มทดลองได้ ปีนี้อยู่ที่ระดับ 500 กิโลกรัม

วัสดุอีกชนิดหนึ่งคือสปิเนลไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งเปลี่ยนได้ง่าย สิ่งที่ยากที่สุดคือหลังจากใช้วัสดุนี้ อิเล็กโทรไลต์และด้านอื่น ๆ จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุงอย่างครอบคลุม ดังนั้นด้านนี้ยังต้องได้รับการปรับปรุง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับปัญหาอุณหภูมิสูงถึง 55 องศา เพื่อที่จะแก้ปัญหาวัสดุที่อุดมด้วยลิเธียมไฟฟ้าแรงสูง สิ่งนี้สำคัญมากและยังท้าทายมากในประเทศจีนอีกด้วย ปัจจุบันสามารถหมุนเวียนได้ค่อนข้างเสถียรภายใต้ไฟฟ้าแรงสูง และยังมีสารเติมแต่งในอิเล็กโทรไลต์อีกด้วย เรารู้สึกว่าการใช้ตัวคั่นโดยตรงยังคงเป็นปัญหาอยู่เล็กน้อย ดังนั้นเราจึงจำเป็นต้องพัฒนาตัวแยกเซรามิกและใช้เซลลูโลสเป็นสารตั้งต้น ซึ่งทนทานต่ออุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าสิ่งนี้จะไม่สามารถนำมาใช้กับแบตเตอรี่ของเราได้ในที่สุด สิ่งสำคัญคือความสม่ำเสมอและความมั่นคง ขณะนี้อยู่ในขั้นตอนของการทดสอบขนาดเล็กถึงขนาดกลาง แต่ก็มีความหวังสำหรับอนาคตอยู่บ้าง ในความเป็นจริง เรายังพัฒนาเครื่องแยกสารเคลือบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าด้วยเครื่องแยกเซลลูโลสและอนุภาคเซรามิกด้วย

กราฟีนได้รับการพัฒนามาเป็นเวลานาน และเทคโนโลยีการเคลือบสามารถบรรลุระดับการผลิตจำนวนมากได้หลายสิบตัน แบตเตอรี่เบื้องต้นทำจากวัสดุชนิดเดียวกัน ซึ่งสามารถให้พลังงานได้ 375 วัตต์ชั่วโมงต่อกิโลกรัม อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการรีไซเคิลได้ไม่ดี และความจุต่ำก็เป็นผลดีต่อการปั่นจักรยาน สิ่งสำคัญคือวิธีแก้ปัญหาชุดวัสดุเสริมภายใต้การขยายปริมาณมาก

สุดท้ายนี้ ฉันขอแนะนำลิเธียมโลหะโซลิดสเตต ในแง่ของการคำนวณทางทฤษฎี มีการปรับปรุงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน นอกจากนี้ยังมีความเป็นไปได้ในการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เช่น แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโลหะและแบตเตอรี่ลม ซึ่งรวมถึงระบบแบตเตอรี่ที่แตกต่างกัน เช่น ออกซิเจน น้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์ จากผลการคำนวณที่เพิ่งคำนวณ จะเห็นได้ว่าลิเธียมโลหะสีเขียวสูงกว่า ในขณะที่อิเล็กโทรดลบของซิลิคอนมีประสิทธิภาพมากกว่า หากใช้ซิลิคอนขนาด 2000mAh เมื่อเทียบกับการขยายตัวมากกว่า 200 การขยายตัวของลิเธียมจะค่อนข้างแก้ไขได้ง่ายกว่า หากส่งผลกระทบต่อพลังงานไฟฟ้าที่สูงขึ้น แนวคิดในการใช้แบตเตอรี่โพสต์ก็ยังสามารถใช้ได้ แต่ยังคงมีความท้าทายในแง่ของกลไกและอื่นๆ

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบโลหะได้รับการพัฒนามานานกว่า 50 ปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงทศวรรษ 1980 และ 1990 ซึ่งเป็นช่วงที่มีปัญหาร้ายแรง และในปัจจุบันยังไม่มีหลักฐานที่บ่งชี้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบโลหะมีความปลอดภัย ปัญหาของการใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโลหะในการดัดแปลงคือการสะสมและการตกตะกอนที่ไม่สม่ำเสมอแตกต่างจากกราไฟท์และซิลิคอน ประการที่สอง ฟิล์ม SEI ไม่เสถียร ผู้คนจำนวนมากยังคงหวังว่าจะใช้โซลูชันโซลิดสเตตเพื่อแก้ไขปัญหานี้ จุดสำคัญของเทคโนโลยีโซลิดสเตตก็คือว่าสามารถแก้ไขได้ในทางทฤษฎี ดังนั้นจึงมีความปลอดภัยและคุณประโยชน์มากมาย เช่นเดียวกับคุณประโยชน์ของค่าสัมประสิทธิ์วงจร นอกจากนี้ยังสามารถใช้สำหรับการร้อยสายภายใน เช่น โพลีเมอร์ และการเติมอิเล็กโทรไลต์เหลวบางชนิด หลายบริษัทลงทุนไปมากในระดับสากล แต่จากมุมมองเชิงปฏิบัติ แบตเตอรี่ความหนาแน่นพลังงานสูงยังไม่ได้รับการพัฒนา ปัญหาสำคัญที่นี่คือวิธีแก้ปัญหาความต้านทานของอิเล็กโทรดบวก

จากมุมมองของการพัฒนาอุตสาหกรรม ความแตกต่างระหว่างแบตเตอรี่โซลิดสเตตคืออิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตต ซึ่งอาจใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่เป็นโลหะ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังทรงพลังมากซึ่งจริงๆ แล้วอยู่ในการพัฒนาของอุตสาหกรรม เมื่อวัสดุหลักของเทคโนโลยีเซลล์แบตเตอรี่สามารถเจาะทะลุได้ ก็สามารถเข้าสู่ตลาดได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้นเราจึงได้เสนอแผนงานบางประการ บางทีแผนงานแรกสุดในการผลิตชุดแบตเตอรี่คือในปี 2562 และในปี 2563 ก็สามารถทดสอบระดับการผลิตเชิงพาณิชย์ได้ แบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดบางส่วนยังค่อนข้างช้า และแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมดอาจใช้เวลานานกว่านั้น แบตเตอรี่ที่มีปริมาณของเหลวมากกว่าเล็กน้อยจะเร็วขึ้นเนื่องจากมีความสมดุลของความหนาแน่นของพลังงานและความปลอดภัย

เกาหลีใต้: ความจุแบตเตอรี่ลิเธียมเพิ่มขึ้น 45%

ตามข้อมูลจากวารสารวิชาการ "Natural Energy" เวอร์ชันออนไลน์ ทีมวิจัยจากสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอุลซาน (UNIST) ในเกาหลีใต้เพิ่งพัฒนาวัสดุแคโทดสำหรับแบตเตอรี่สำรอง ซึ่งสามารถเพิ่มความจุของแบตเตอรี่ที่มีอยู่ได้ 45% เพิ่มอย่างน้อย 100 กิโลเมตรจากระยะทางปัจจุบันมากกว่า 200 กิโลเมตรสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า

ทีมวิจัยประสบความสำเร็จในการเพิ่มความจุของแบตเตอรี่โดยการพัฒนาวัสดุคอมโพสิตซิลิกอนกราไฟท์เพื่อทดแทนแบตเตอรี่ที่มีอยู่ด้วยขั้วไฟฟ้ากราไฟท์ อิเล็กโทรดใหม่ถูกสร้างขึ้นโดยการฉีดอนุภาคซิลิคอนขนาด 20 นาโนเมตร (1 พันล้านของเมตร) ระหว่างโมเลกุลกราไฟท์ นอกเหนือจากการเพิ่มช่วงแล้ว เทคโนโลยีใหม่ยังช่วยลดระยะเวลาการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ลงอย่างมาก และความเร็วในการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่ยังเร็วกว่าแบตเตอรี่ที่มีอยู่มากกว่า 30%

อุตสาหกรรมคาดว่าการผลิตแบตเตอรี่ใหม่ดังกล่าวจำนวนมากจะง่ายขึ้น และจะมีข้อได้เปรียบทางการแข่งขันด้านราคาที่แข็งแกร่งในอนาคต

ญี่ปุ่น: พัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ไม่ต้องใช้โคบอลต์

ตามข้อมูลจาก Panasonic Electric ญี่ปุ่นได้พัฒนาวัสดุใหม่สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ไม่ต้องใช้โคบอลต์โลหะหายาก และยังได้พัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดใหม่ด้วย

ทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์รูนิจิ โยชิดะ จากมหาวิทยาลัยเกียวโตเครื่องใช้ไฟฟ้าพานาโซนิคในญี่ปุ่น ได้พัฒนาวัสดุอินทรีย์ใหม่โดยใช้ลิเธียมและคาร์บอน และประสบความสำเร็จในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนชนิดใหม่ที่ไม่ใช้โคบอลต์เป็นวัสดุอิเล็กโทรด ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ที่ผลิตด้วยวัสดุใหม่มีความจุเท่ากับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่มีวัสดุที่มีโคบอลต์เป็นขั้วไฟฟ้า แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประเภทนี้คาดว่าจะหลุดพ้นจากการพึ่งพาโคบอลต์และลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก

ข้อดีอีกประการหนึ่งของการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนด้วยวัสดุใหม่นี้คืออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ยาวนานขึ้นและอัตราการสลายตัวลดลง ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ผลิตโดยวัสดุใหม่นี้ได้รับการชาร์จและคายประจุแล้ว 100 ครั้ง แต่ความจุลดลงของแบตเตอรี่ไม่เกิน 20% Panasonic Electric วางแผนที่จะปรับปรุงวัสดุใหม่นี้ โดยหวังว่าจะเพิ่มความถี่ในการชาร์จและการคายประจุแบตเตอรี่เป็น 500 ถึง 1,000 เท่า จากนั้นจึงดำเนินการผลิตเชิงพาณิชย์ต่อไป