المثل العليا تتألق إلى حقيقة: سيتم إنتاج بطاريات الحالة الصلبة بالكامل

على خلفية تحول الطاقة العالمية ، تتطور تقنيات الطاقة الجديدة بسرعة. أصبحت بطاريات الحالة الصلبة ، باعتبارها تقنية بطاريات الجيل التالي للغاية ، تدريجياً محور الصناعة. في الآونة الأخيرة ، أعلنت شركات صناعة السيارات مثل Changan Automobile و BYD عن جدول تركيب بطاريات الحالة الصلبة ، مما يشير إلى أن عملية تسويق بطاريات الدولة الصلبة تتسارع.

تشير بطاريات الحالة الصلبة إلى بطاريات الليثيوم أيون التي تستخدم شوارد الحالة الصلبة. فيما يتعلق بمبادئ العمل ، فهي لا تختلف عن بطاريات الليثيوم التقليدية ، ولكنها تمنحهم الكهارل في الحالة الصلبة ، العديد من المزايا على بطاريات الليثيوم السائلة التقليدية.

فيما يتعلق بأداء السلامة ، فإن المنحل بالكهرباء في بطاريات الليثيوم السائل التقليدية قابلة للاشتعال ومتقلب ، وهو سبب مهم لحرائق المركبات الكهربائية وحتى الانفجارات. المنحل بالكهرباء الصلبة المستخدمة في بطاريات الحالة الصلبة جميعها غير قابلة للاشتعال ، مما يقلل بشكل كبير من خطر احتراق البطارية وانفجارها ، ويحسن السلامة بشكل كبير. على سبيل المثال ، يمكن لبعض بطاريات الحالة الصلبة تحمل درجات حرارة عالية بدرجات 1 ، 000 ويمكن أن تستمر في توفير الطاقة حتى إذا تم قطع الزاوية.

من حيث كثافة الطاقة ، فإن بطاريات الحالة الصلبة جميعها لها مزايا واضحة. اقتربت كثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم التقليدية تدريجياً من عنق الزجاجة. كثافة الطاقة لبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم هي 150-210 wh/kg ، والحد الأعلى لبطاريات الليثيوم الثلاثية حوالي 350WH/kg. من المتوقع أن تصل كثافة الطاقة في بطاريات الحالة الصلبة جميعها إلى أكثر من 500 ساعة/كجم. على سبيل المثال ، يمكن أن تصل كثافة الطاقة لبطارية Jinzhongzhao All-Solid-State التي تم تطويرها بواسطة Changan Automobile إلى 400WH/كيلوغرام ، ويتجاوز نطاق الإبحار 1500 كيلومتر عند شحنه بالكامل ، مما يخفف إلى حد كبير من القلق. في الوقت نفسه ، يمكن للكهارل الصلبة أن تصمد أمام الفولتية الأعلى ، ويمكن تقليل حجم البطارية بشكل أكبر ، مما يحسن إلى حد كبير من سرعة الشحن ، ومن المتوقع أن يحقق نطاقًا مهمًا من 1 ، 000 بعد الشحن لمدة 10 دقائق.

من حيث استقرار الدورة وأداء درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، تعمل بطاريات الحالة الصلبة أيضًا بشكل جيد. يمكن أن تصل حياة الدورة إلى أكثر من 10 مرات ، 000 ، وهي أعلى بكثير من بطاريات الليثيوم الثلاثية وبطاريات الفوسفات الحديد الليثيوم ، ويمكن أن تحافظ على أداء جيد في بيئات درجات الحرارة العالية والمنخفضة بشكل فعال في حل مشكلة الشحن البطيء وفقدان الطاقة السريعة لبطاريات الليثيوم التقليدية في فصل درجات الحرارة المنخفضة في فصل الشتاء.

في الوقت الحاضر ، هناك ثلاثة طرق تقنية رئيسية لبطاريات الحالة الصلبة: البوليمرات والأكاسيد والكبريتيدات.

تنتمي الشوارد البوليمر إلى فئة الشوارد العضوية. إنها مرنة ، ولديها خصائص ميكانيكية جيدة ، وسهلة المعالجة والشكل ، وتوافق بشكل كبير مع عمليات إنتاج الإلكتروليت السائلة الحالية ، وسهلة إعداد أفلام رقيقة على نطاق واسع ، وقد حققت إنتاجًا كبيرًا على نطاق صغير. ومع ذلك ، فإن الموصلية منخفضة في درجة حرارة الغرفة ، وعادة ما بين 10 ⁻⁷ و 10 ⁻⁴/سم ، ويجب تسخينها إلى أعلى من 60 درجة للعمل بشكل صحيح. لديهم نافذة كهروكيميائية ضيقة واستقرار حراري ضعيف نسبيا.

الكهارل أكسيد مستقرة في الهواء ، ولديها ثبات حراري ممتاز ، ويمكن أن تصمد أمام درجات حرارة عالية أعلى من 600 درجة ، ولديها قوة ميكانيكية عالية ، ويمكن أن تمنع بشكل فعال نمو شجاعة الليثيوم ، وهي مناسبة لمواد الإلكترود الإيجابية عالية الجهد مثل مواد ثنائية النيكل. تكلفة البحث والتطوير وصعوبة منخفضة نسبيا. ومع ذلك ، فإنه لديه أيضا مشكلة انخفاض الموصلية الأيونية. تتراوح الموصلية في درجة حرارة الغرفة بشكل عام بين 10 درجة مئوية و 10 درجة مئوية/سم ، والتي يجب تحسينها عن طريق تلبيد درجة الحرارة العالية أو إضافة شوارد سائلة ، ومقاومة الواجهة مع القطب مرتفع ، مما يؤدي إلى حياة قصيرة.

الشوارد الكبريتيد لها أداء ممتاز وأعلى الموصلية الأيونية. يمكن أن تصل الموصلية في درجة حرارة الغرفة إلى 10⁻ مربع/سم ، وهو قريب من مستوى الشوارد السائلة. أنها تدعم الشحن السريع والتفريغ ، وتتجاوز كثافة الطاقة النظرية 500WH/كجم. فهي متوافقة مع أقطاب ليثيوم المعدنية السلبية ، ولديها استقرار حراري جيد ، وناعمة في الملمس ، ولديها اللدونة القوية. ومع ذلك ، لديهم ثبات كيميائي ضعيف ويسهل الرد مع الرطوبة والأكسجين في الهواء لتوليد غاز كبريتيد الهيدروجين السام. يصعب إعدادها والحصول على تكاليف إنتاج عالية.

على الصعيد العالمي ، استثمرت العديد من الشركات في البحث والتطوير وإنتاج بطاريات الدولة الصلبة وتسريع تخطيطها. بدأت شركات صناعة السيارات اليابانية في وقت مبكر من البحث وتطوير بطاريات الحالة الصلبة.
بدأت شركة Toyota Motors بحثًا وتطويرًا في بطارية الحالة الصلبة في وقت مبكر من عام 2006 ، وأعلنت مؤخرًا أنها ستبدأ الإنتاج التجريبي على نطاق صغير في عام 2026 والإنتاج الضخم بعد عام 2030 ؛
أعلنت هوندا موتورز أنها ستبدأ الإنتاج التجريبي لبطاريات الدولة الصلبة للسيارات الكهربائية النقية في يناير 2025 ؛ تخطط نيسان لبدء الإنتاج التجريبي لبطاريات الحالة الصلبة في مصنع يوكوهاما هذا العام ، وإطلاق السيارات الكهربائية المجهزة ببطاريات الدولة الصلبة بحلول عام 2028.

الشركات الصينية غير راغبة في التخلف. قامت CATL ببناء خط إنتاج تجريبي لبطاريات الحالة الصلبة جميعها ، وهو يقوم حاليًا بإجراء تحسين العملية والتحقق من المنتج. من المتوقع أن تنتج بطاريات الحالة الصلبة على نطاق واسع على نطاق صغير في عام 2027.

بدأت BYD البحث وتطوير بطاريات الحالة الصلبة في عام 2013 وبدأت في التحقق من الجدوى من تصنيع بطارية الحالة الصلبة ، وتغطي اختراقات تقنية المواد الرئيسية وتطوير نظام خلايا البطارية وبناء خط الإنتاج. من المتوقع أن تبدأ عرضًا جماعيًا وتركيب بطاريات الحالة الصلبة في عام 2027 وتحقيق تسويق واسع النطاق بعد عام 2030.

تخطط Changan Automobile لإطلاق 8 خلايا بطارية متطورة ذاتيًا ، بما في ذلك السائل وشبه الصلبة والصلبة ، بحلول عام 2030 ، لإطلاق نماذج أولية وظيفية في عام 2025 ، ولنتجول تدريجياً بطاريات All-Solid-Solid في عام 2027.

أعلنت GAC Aion أنها ستحقق الإنتاج الضخم وتركيب بطاريات الدولة الصلبة في عام 2026 ، وسيتم تثبيتها أولاً في علامتها التجارية الراقية Haobo ؛

تخطط Chery Automobile لتحقيق تثبيت بطارية الحالة الصلبة في عام 2026 والإنتاج الضخم على نطاق واسع في عام 2027 ؛

أعلنت SAIC Group أن بطاريات الحالة الصلبة جميعها ستتم إنتاجها وتسليمها في عام 2026 ، وسيتم إنتاج سيارات Zhiji الجديدة المزودة ببطاريات الحالة الصلبة بالكامل وتسليمها في عام 2027.

من منظور الصناعة الكلي ، تتشابه سلسلة صناعة بطاريات الحالة الصلبة مع تلك الموجودة في البطاريات السائلة ، وتغطي إمدادات المواد الخام في المنبع ، ومواد البطارية في منتصف الطريق وتصنيعها ، ومناطق تطبيق المصب. يوفر المنبع بشكل أساسي الموارد المعدنية مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل ، وكذلك المواد الأساسية للشوارد في الحالة الصلبة. لديها اعتماد قوي على الموارد ، والحواجز التقنية العالية ، وتركيز السوق العالي. Midstream هو الرابط الأساسي لأبحاث البطارية والتطوير والتصنيع. الابتكار التكنولوجي هو القوة الدافعة الرئيسية ، ولكنه يواجه مشاكل في العمليات المعقدة وضغط التكلفة العالي. حقول التطبيقات في اتجاه مجرى النهر واسع ، وتغطي مركبات الطاقة الجديدة وتخزين الطاقة والإلكترونيات الاستهلاكية وغيرها من المجالات ، مع دعم قوي للسياسة وإمكانات السوق الضخمة.

على الرغم من أن بطاريات الحالة الصلبة جميعها لديها آفاق واسعة ، إلا أنها لا تزال تواجه العديد من التحديات على الطريق إلى الإنتاج التجاري بالضخامة.

على المستوى الفني ، على الرغم من أن بعض التقدم تم إحرازه في الشوارد الصلبة ، ومواد الإلكترود الإيجابية والسلبية ، وما إلى ذلك ، لا تزال هناك بعض المشكلات العلمية الأساسية والمشاكل الفنية الهندسية التي تحتاج إلى حل على وجه السرعة. على سبيل المثال ، كيفية زيادة تحسين الموصلية الأيونية للكهرباء الصلبة ، وتحسين توافقها مع المعدن الليثيوم ومواد كهربائية طاقة عالية ، وبناء واجهة صلبة متوافقة ومستقرة. كما أن الطرق التقنية المختلفة لها أوجه القصور الخاصة بها ، مثل ضعف الاستقرار الكيميائي وصعوبة إعداد الشوارد الكبريتيد ، والموصلية الأيونية المنخفضة للكهرباء الأكسيد. هذه المشاكل تتطلب استثمار البحث والتطوير المستمر للتغلب عليه.

التكلفة هي أيضًا عامل مهم يحد من التطبيق على نطاق واسع لبطاريات الدولة الصلبة. في الوقت الحاضر ، تبلغ تكلفة مونومرات بطارية الليثيوم أيون السائل حوالي 0. تتجاوز تكلفة المواد من حزمة البطارية {11}} kilwatt ساعة وحدها 200 ، 000 Yuan ، وهو أعلى بكثير من البطاريات السائلة الموجودة. أخذ بطاريات الحالة الصلبة للكبريتيد كمثال ، فإن الإنديوم المعدني النادر المطلوب لإنتاجه مكلف ، وإعداد سلائف كبريتيوم الليثيوم أمر صعب ومكلف ، مما يؤدي إلى التكلفة الكلية العالية للبطاريات.

على مستوى السوق ، تحتاج بطاريات الحالة الصلبة ، كمنتجات جديدة ، إلى قدر معين من الوقت للحصول على التعرف على السوق وقبوله. على الرغم من أن لديهم مزايا في كثافة الطاقة وسلامتها ، لا يزال هناك مجال للتحسين مقارنة ببطاريات الليثيوم التقليدية من حيث عمر الدورة. بالإضافة إلى ذلك ، على الرغم من أن بعض الشركات حققت تسليم عينة صغيرة ، إلا أنها لم تشكل أوامر مستقرة بعد ، وهناك عدم اليقين في آفاق التطبيق الفعلية.

بالنظر إلى المستقبل ، من المتوقع أن تلعب بطاريات الحالة الصلبة جميعها دورًا مهمًا في العديد من المجالات. في مجال مركبات الطاقة الجديدة ، سيحسن بشكل كبير نطاق الإبحار في السيارة وسلامة وسلامة الشحن ، وتعزيز صناعة مركبات الطاقة الجديدة إلى مستوى أعلى ، وتسريع تحول كهربة صناعة السيارات.

في مجال تخزين الطاقة ، تمكنها كثافة الطاقة العالية وخصائص الحياة الطويلة للبطاريات ذات الدول الصلبة من تخزين الكهرباء بشكل أكثر كفاءة ، وتحقيق التوازن بين إمدادات الكهرباء والطلب ، وتقدم دعمًا قويًا للوصول على نطاق واسع وتشغيل الطاقة المتجددة.

في مجال الإلكترونيات الاستهلاكية ، يمكن لبطاريات الحالة الصلبة جميعها أن تجعل الأجهزة أرق وأكثر دواما ، وتحسين تجربة المستخدم.

مع التقدم المستمر للتكنولوجيا وتطوير الصناعة ، سيستمر أداء بطاريات الدولة الصلبة في التحسن ، ومن المتوقع أن تنخفض التكلفة تدريجياً. إن الاستثمار المستمر والبحث والتطوير في العديد من الشركات ، وكذلك الترويج للابتكار التعاوني بين الصناعة والأوساط الأكاديمية والأبحاث ، سيسرع الاختراق التكنولوجي وتسويق بطاريات الدولة الصلبة. على مستوى السياسة ، تزيد الحكومات في مختلف البلدان باستمرار من دعمها لتقنيات الطاقة الجديدة ، والتي ستخلق أيضًا بيئة سياسية جيدة لتطوير صناعة البطاريات ذات الدول الصلبة.

نظرًا لأن المرتفعات الرئيسية القادة للمنافسة على تقنية البطارية من الجيل التالي ، تواجه بطاريات الحالة الصلبة جميعها تحديات متعددة مثل التكنولوجيا والتكلفة والسوق ، ولكن لديها مستقبل مشرق. في موجة تحول الطاقة العالمية والتقدم التكنولوجي ، من المتوقع أن تصبح بطاريات الحالة الصلبة جميعها القوة الأساسية لتعزيز تحول تخزين الطاقة والدخول في عصر جديد من تخزين الطاقة.