Третий китайский саммит по инновациям в области твердотельных аккумуляторов, прошедший в Пекине в начале этого месяца, высветил общеотраслевые проблемы. Профессор Ся Динго из Пекинского университета отметил, что плотность энергии, в первую очередь определяемая катодом, остается критически важной, и что инновации в катодах, а не прорывы в области электролитов, являются ключом к переходу твердотельных батарей из лабораторий в коммерческое производство, как сообщает ChinaAutoZone.ru.
Возрождение интереса к твердотельным батареям связано с двумя основными факторами: существенным улучшением общих исследовательских возможностей с 1990-х годов и растущим спросом на более высокую плотность энергии, безопасность и оптимизацию материалов в приложениях для электромобилей. Ожидается, что твердотельные батареи обеспечат высокую плотность энергии, безопасность, длительный срок службы и низкую стоимость, но без прорывов в катодной технологии их промышленное значение ограничено.
Текущие проблемы связаны со стабильностью интерфейса и совместимостью материалов. Эксперименты с катодами с высоким содержанием никеля демонстрируют улучшенную термическую стабильность, но сохраняют риски безопасности в условиях высокого тока или напряжения из-за локальной поляризации, образования слоя с высоким импедансом и возможного ухудшения характеристик. Легирование фтором может временно стабилизировать цикличность, но деградация ускоряется после примерно 125 циклов. Материалы кристаллических катодов анизотропны, и даже небольшие изменения объема могут концентрировать напряжение на границах раздела, ограничивая срок службы.
Совместимость материалов еще больше ограничивает коммерческое внедрение. Различные твердые электролиты, включая хлориды, сульфиды и оксиды, имеют разные модули и поведение поверхности раздела. Оксиды слишком жесткие; сульфиды и хлориды часто требуют приложения давления, что усложняет производство. Для решения этих проблем потребуются низкомодульные электролиты с удобным интерфейсом или оптимизированные полимеры, способные работать в широком диапазоне напряжений и с высокой проводимостью.
Ведущие китайские производители аккумуляторов, в том числе CATL, BYD и Eve Energy, начали комплексную разработку катодных и электролитных систем, обеспечивая патентную защиту и одновременно оптимизируя производительность элементов. Достижения в области сухих электродов, совместного спекания и холодного спекания позволяют масштабировать производство и снижают зависимость от сложных процессов нанесения покрытий.
Заглядывая в будущее, ожидается, что отрасль будет выбирать разные пути для различных применений: высококачественные электромобили с полимерными электролитами и катодами с высоким содержанием никеля или лития; электромобили для массового рынка с упором на системы LiFePO4 с упором на безопасность и стоимость; и специализированные приложения для изучения сульфидных электролитов в сочетании с серными катодами.
Саммит пришел к выводу, что инновации в катодных материалах — это «бычий нос» промышленных твердотельных батарей. Электролиты по-прежнему важны, но плотность энергии, стоимость и стабильность фундаментально зависят от разработки катода. Будущее потребует двустороннего прогресса в области инноваций в материалах и машиностроении, чтобы обеспечить лидерство Китая в мировом секторе твердотельных аккумуляторов.
Адриан Люнг