Valtava läpimurto keraamisista aineista valmistetuissa kiinteän olomuodon akuissa

Valtava läpimurto keraamisista aineista valmistetuissa kiinteän olomuodon akuissa

Paristoista on tullut nopeasti erilaisten teknologisten kehityskulkujen selkäranka niiden perustamisesta lähtien.

Akkuteknologia kehittyy jatkuvasti kohti kevyempää, nopeampaa ja turvallisempaa energiavarastoyksikköä, mikä on kehityksen suunta lyijyhappoakuista litiumioniakkuihin ja litiumioniakuista kiinteän olomuodon akkuihin.

Sisällysluettelo
    Lisää otsikko sisällysluettelon luomisen aloittamiseksi.
    YouTube_play_button

    Kiinteän olomuodon akkuteknologian kehittäminen

    Vuonna 2022 taiwanilainen Gogoro esitteli maailman ensimmäisen irrotettavan ja vaihdettavan kiinteän olomuodon litium-keraamisen akun kaksipyöräisiin ajoneuvoihin, kuten esimerkiksi sähköpyörä.

    Lisäksi uudessa tutkimuksessa kumotaan pitkään vallalla ollut oletus, jonka mukaan joidenkin nestemäisten elektrolyyttien lisääminen suorituskyvyn parantamiseksi tekisi kiinteän olomuodon akuista vaarallisia, ja sen sijaan havaitaan, että kiinteän olomuodon akut ovat tehokkaampia ja turvallisempia kuin perinteinen litiumionikemia.

    Aston Martin ja Britishvolt ovat allekirjoittaneet sopimuksen uuden tehokkaan akkukennoteknologian kehittämisestä.

    Maailman ensimmäinen irrotettava ja vaihdettava kiinteä litium-keraaminen akku.

    Samaan aikaan sähköajoneuvojen toimitusketjuun liittyvät huolenaiheet kasvavat edelleen.

    Vaikka kiinteän olomuodon akkuteknologia on vielä suhteellisen epävarma, monet perinteiset autonvalmistajat, kuten Toyota ja Volkswagen, ovat investoineet voimakkaasti kiinteän olomuodon akkuihin.

    Samaan aikaan sähköskootterivalmistaja Gogoro on esitellyt prototyypin kiinteän litium-keraamisen akun kaksipyöräisten akkujen vaihtoa varten.

    Prototyyppi kehitettiin yhdessä kiinteisiin akkuihin erikoistuneen ProLogium-yrityksen kanssa, joka teki hiljattain yhteistyötä saksalaisen luksusautovalmistaja Mercedes-Benzin kanssa kehittääkseen sarjan henkilöautoja, joissa käytetään tämäntyyppistä akkua.

    Gogoron kiinteän olomuodon akkua mainostetaan ensimmäisenä laatuaan maailmassa, ja sen kapasiteetiksi arvioidaan 2,5 kWh, mikä on paljon parempi kuin nykyiset irrotettavat korvaavat akut, joissa käytetään litiumionitekniikkaa ja nestettä.

    Uutinen tämän prototyypin lanseerauksesta on erityisen tärkeä Kiinan Taiwanin markkinoille, sillä Gogoron akunvaihtopalvelun voimanlähteenä toimii 95% kaikista sähköisistä kaksipyöräisistä.

    Kiinteän olomuodon akkuteknologian kehittäminen

    Gogoron uusi prototyyppi voidaan integroida valmistajan nykyiseen ajoneuvojen ja akkujen jako- ja vaihtoverkostoon, joka koostuu 10 000 akkujen jako- ja vaihtopisteestä yli 2300 paikkakunnalla ja joka palvelee yli 450 000 kuljettajaa.

    Valmistajan mukaan akkujen jako- ja vaihtoasemien määrä vastaa lähes bensiinipumppujen määrää, ja niiden odotetaan lähitulevaisuudessa ylittävän jälkimmäisen määrän.

    Yhdysvaltain energiaministeriön Sandia National Laboratoriesin (SNL) johtamassa tutkimuksessa kumottiin pitkään vallalla ollut oletus, jonka mukaan nestemäisen elektrolyytin lisääminen kiinteän olomuodon akkuun tekisi siitä vaarallisen.

    Sen sijaan ryhmä havaitsi, että monissa tapauksissa pieni määrä nestemäistä elektrolyyttiä ei vaikuta kiinteän olomuodon akkujen turvallisuuteen ja voi puolestaan ratkaista yhden tämän kemian suurimmista ongelmista - kiinteän elektrolyytin välivaiheen - mikä tarkoittaa, että lisäämällä vähän nestemäistä elektrolyyttiä voidaan parantaa suorituskykyä dramaattisesti, vaikka se on vähäpätöinen, mikä voisi auttaa kuromaan umpeen kuilua sähköajoneuvojen ja energiavarastojen kaupallistamiseen.

    Usein väitetään, että kiinteän olomuodon akut ovat turvallisempia kuin litiumioniakut, ja SNL:n tutkimuksessa todettiin, että tämä pitää paikkansa siinä tapauksessa, että ulkoinen lämmönlähde pettää.

    kiinteät akut vs. litiumioniakut

    Kun tutkijat kuitenkin tutkivat lämmön vapautumisen ja lämpötilan nousun ylärajoja useissa akkutason vikaantumisskenaarioissa ja akkukokoonpanoissa, he havaitsivat myös, että litium-metalli-anodi-jähmeäakut eivät välttämättä ole turvallisempia oikosulkuvikaantumisskenaarioissa tai kun kiinteän elektrolyytin eheys on vaarassa.

    Lisäksi he havaitsivat, että litium-metallianodeja sisältävissä kokoonpanoissa kiinteän olomuodon akuissa lämpötila nousi korkeammaksi kuin litiumioniakuissa, sillä kiinteän olomuodon akut tuottivat saman määrän lämpöä pienemmässä massassa ja tilavuudessa.

    Nykyään akkujen kehittynein teknologia on lyijyakut. Laajimmin käytettyjä ovat litiumioniakut, ja eniten kehityspotentiaalia on kiinteän olomuodon akuilla.

    Kiinteän olomuodon akut ovat seuraavan sukupolven akkuteknologiaa.

    Vaikka se on vielä tutkimus- ja kehitysvaiheessa, sillä on etuja, joita kaksi ensimmäistä akkuteknologiasukupolvea eivät voi verrata toisiinsa, tai ehkä voidaan sanoa, että kiinteän olomuodon akut ovat akkuteknologian seuraava sukupolvi.

    Matkapuhelimissa, kameroissa, käsivideokameroissa ja jopa sähköajoneuvoissa käytettävien litium-ioniakkujen, kuten esimerkiksi sähköpyörän akut ja muilla aloilla tästä lähtien kannettavan uuden energian aikakauteen, mutta myös täysin muuttanut elämäämme.

    Teknologian kehitys ei kuitenkaan pysähdy, litiumparistot ovat syttyviä, helposti oikosulussa ja muut turvallisuusriskit poistetaan lopulta uuden teknologian avulla.

    Kiinteän olomuodon akkujen edut

    Eurobike 2023 -tapahtumassa Stromer esittelee sähköpyörille tarkoitetun keraamisen kiinteän tilan akun, joka on pyöräilyalan ensimmäinen kiinteän tilan akku ja jonka sanotaan lyhentävän latausaikaa alle 20 minuuttiin.

    Stromerin lopullisena tavoitteena on käyttää tätä teknologiaa akkujen valmistamiseen, joiden latausaika on vain 12 minuuttia, mikä tarkoittaa, että aina kun menet ulos ja menet vessaan, pyörä on puoliksi täynnä virtaa.

    Tämä tarkoittaa sitä, että aina kun menet vessaan, pyörä on puoliksi ladattu, mikä on teknologinen harppaus nykyiseen seitsemän tai kahdeksan tunnin akun lataamiseen kuluvaan aikaan verrattuna.

    Kiinteän olomuodon akkujen edut

    Stromerin rohkeus johtuu tietysti myös kiinteän olomuodon akkujen eduista.

    Kiinteän olomuodon akuissa ei ole nestemäistä elektrolyyttiä sisällä, vaan niissä käytetään kiinteän olomuodon elektrodeja ja kiinteän olomuodon elektrolyyttikoostumusta, joilla on pienempi tehotiheys, suuri energiatiheys, pieni koko, joustavuus ja paremmat turvallisuusominaisuudet.

    Koska kiinteän olomuodon akuissa ei ole nestemäisiä elektrolyyttejä, niissä vältetään syttyvät ja räjähtävät, haihtuvat ja elektrolyyttien aiheuttamat oikosulut jne.

    Vaikka neula lävistäisi elektrolyytin eristyskalvon, itsesyttymistä ei tapahdu kuten nestemäisten paristojen tapauksessa.

    Siirtyminen nestemäisistä elektrolyyteistä kiinteisiin elektrolyytteihin on tärkeää, koska se poistaa joitakin yleisimmin käytetyissä litiumparistoissa esiintyviä suurimpia ongelmia, kuten suuren syttyvyyden, lämpökarkuririskin ja myrkkyjen vuotamisen.

    Se on monipuolinen suorituskykypäivitys.

    Kiinteän olomuodon akkuja pidetään akkuteknologian tulevaisuuden suuntauksena, sillä ne ovat turvallisempia, pienempiä ja nopeampia latausnopeuksia, joten suuret valmistajat ovat investoineet paljon rahaa kiinteän olomuodon akkuihin liittyvien teknologioiden tutkimukseen ja kehittämiseen.

    Stromerin keraaminen puolijohdeakku sähköpyörille

    Esimerkiksi Toyotan ja BMW:n kaltaiset autonvalmistajat sekä Panasonicin ja Samsungin kaltaiset akkuyhtiöt ovat työskennelleet sähköajoneuvojen solid-state-teknologian tutkimuksen parissa, ja jotkut EV-yhtiöt ovat virallisesti soveltaneet sitä autoihinsa, mutta korkeiden kustannusten vuoksi sitä ei ole vielä yleistynyt laajasti.

    Myös Stromerin kiinteät akut otettiin tuotantoon vasta muutaman vuoden kuluttua.

    Teknologiaa on kehitetty menestyksekkäästi, mutta kustannuksia on edelleen alennettava kohtuuhintaisiksi tavallisille kuluttajille.

    Tällä hetkellä kiinteän olomuodon akkujen tuotantokustannukset ovat noin kahdeksan kertaa niin korkeat kuin nykyisten litiumioniakkujen, joten kiinteän olomuodon akkuja ei kannata odottaa käytettävän ennen kuin akkujen hinnat laskevat entisestään, minkä Stromer arvioi tapahtuvan seuraavien kahden tai kolmen vuoden aikana.

    Stromerin kiinteän olomuodon akkujen lisäetuna on, että ne ovat vakaita äärimmäisissä lämpötiloissa, ja Stromer väittää, että ne voidaan ladata vain -20 celsiusasteen lämpötilassa, ja tulevaisuudessa tämä luku voi nousta jopa -30 celsiusasteeseen.

    Stromer's solid-state-akut - vakaita äärimmäisissä lämpötiloissa.

    Paremman turvallisuuden, pienemmän koon, alhaisempien kustannusten ja paremman energiatiheyden kaltaiset edut ovat tehneet kiinteän olomuodon akuista akkuvalmistajien ja ajoneuvoyhtiöiden intensiivisen tutkimus- ja kehitystyön kohteen kaikkialla maailmassa, ja ne ovat myös tehneet kiinteän olomuodon akuista markkinoiden uuden siiven.

    Kuvittele, että sähköpyöräsi on varustettu tällaisilla akuilla, sähköpyörän akun turvallisuus kysymykset on suurempi suoja?

    Vaikka kiinteän olomuodon akuilla on monia etuja, markkinanäkymät ovat erittäin hyvät, mutta erilaisten ongelmien, kuten kiinteän olomuodon akkuteknologian ja -prosessien, vuoksi laajamittaiseen kaupallistamiseen on vielä matkaa.

    Kuva Chocolatezhu
    Chocolatezhu
    Hei, olen kokenut kirjoittaja mekaanikko ja asiantuntija pyörä- ja sähköpyörätekniikassa, joka arvostaa käytännöllisiä, kauniisti suunniteltuja asioita. Ja tietenkin rakastan pyöräilyä.
    Aiheeseen liittyvät virat
    SAMEBIKE

    SAMEBIKE-sähköpyöräblogi, josta löydät kaikki artikkelit pyöräilyvinkeistä sekä arvosteluja ja uutiskirjeitä sähköpyöristä.

    VIIMEAIKAISET VIESTIT

    TUOTTEET

    Linkit:
    Videogalleria
    LÄHETÄ TIEDUSTELU
    Yhteydenottolomake Demo
    Vieritä alkuun

    PYYDÄ TARJOUS

    Täydellisen tuotevalvonnan ansiosta voimme varmistaa, että asiakkaamme saavat parhaan mahdollisen hinnan ja palvelun. Olemme ylpeitä kaikesta, mitä teemme.