Ενέργεια
Νέα Στρατηγική Διεπαφής Βελτιώνει τη Ροή Ιόντων στις Στερεά-Κατάσταση Μπαταρίες
Προσθέστε το Securities.io στις προτιμώμενες πηγές σας στο Google
Οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων έχουν γίνει το παγκόσμιο πρότυπο. Σήμερα, είναι ο πιο δημοφιλής και ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος μπαταρίας, με το μέγεθος της αγοράς να εκτιμάται περίπου $65 billion το 2023.
Αλλά, φυσικά, δεν είναι χωρίς μειονεκτήματα, όπως η ευαισθησία στη θερμοκρασία, οι ανησυχίες ασφαλείας και η περιορισμένη διάρκεια ζωής.
Για να κάνουν τις μπαταρίες Li-ion πιο ασφαλείς και πιο ισχυρές, τα υγρά ηλεκτρολύτες αντικαθίστανται με στερεά ώστε να δημιουργηθούν μπαταρίες στερεάς κατάστασης, των οποίων η αγορά προβλεπόμενη να αυξηθεί με CAGR 41,6% μεταξύ 2024 και 2032.προβλεπόμενη.
Μια Μετάβαση στις Στερεά-Κατάσταση Μπαταρίες (SSBs)
Σε μια μπαταρία, το ηλεκτρολύτης είναι το υλικό που επιτρέπει στα ιόντα να κινούνται μέσα στη συσκευή για να παράγουν ενέργεια.
Έτσι, μια μπαταρία που διαθέτει στερεό ηλεκτρολύτη είναι μια μπαταρία στερεάς κατάστασης, η οποία προσφέρει υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, ταχύτερη φόρτιση, ανθεκτικότητα στη θερμοκρασία, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής και βελτιωμένη ασφάλεια.
Παρά τις υποσχέσεις τους, οι SSB αντιμετωπίζουν επίσης πολλές προκλήσεις, όπως η σύνθετη κατασκευή και οι πιθανές ανησυχίες ασφαλείας που σχετίζονται με το σχηματισμό ντεντρίτη. Επίσης, μπορούν να υποστούν διαχωρισμό διεπαφής, περιορίζοντας την απόδοση και τη διάρκεια ζωής τους. Συνολικά, αυτά τα περιοριστικά στοιχεία εμποδίζουν την ευρεία υιοθέτηση των SSB.
Για να ξεπεράσουν αυτές τις προκλήσεις, ερευνητές και εταιρείες παγκοσμίως εργάζονται ενεργά στην προώθηση της τεχνολογίας.
Για παράδειγμα, η Samsung SDI στοχεύει σε ενεργειακή πυκνότητα 900 Wh/L μέσω του ιδιόκτητου στερεού ηλεκτρολύτη και τεχνολογιών χωρίς άνοδο, 40% υψηλότερη από τις τρέχουσες μπαταρίες της.
Οι κινεζικοί γίγαντες CATL και BYD κάνουν επίσης σημαντικά βήματα στην τεχνολογία SSB, με τον πρώτο να εργάζεται πάνω σε μια υβριδική «συμπυκνωμένη μπαταρία κατάστασης» και τον δεύτερο να ερευνά στερεούς ηλεκτρολύτες βάσει οξειδίων και θειούχων, και οι δύο στοχεύουν σε ενεργειακή πυκνότητα 500 Wh/kg.
Στην ΕΕ, η Volkswagen έχει συνεργαστεί με την QuantumScape (QS ). Η μονάδα μπαταριών της, PowerCo, έχει επίσης εξασφαλίσει συμφωνία αδειοδότησης για μαζική παραγωγή κυψελών στερεάς κατάστασης με αρχική ετήσια χωρητικότητα 40 GWh, 30% μεγαλύτερη αυτονομία και υπερ-γρήγορη φόρτιση.
Η Nissan σχεδιάζει να ξεκινήσει τη μαζική παραγωγή των πρώτων της κυψελών στερεάς κατάστασης πριν λήξει η δεκαετία, ενώ η LG στοχεύει το 2030 για εμπορευματοποίηση. Η Solid Power (SLDP ), εν τω μεταξύ, έχει συνεργαστεί με τη Ford (F ), τη BMW και την SK Innovation για να επιταχύνει την εμπορευματοποίηση της τεχνολογίας όλων των στερεών μπαταριών, με έμφαση σε στερεούς ηλεκτρολύτες βάσει θειούχων για ηλεκτρικά οχήματα.
Αρχές αυτού του μήνα, η γερμανική πολυεθνική αυτοκινητοβιομηχανία Mercedes-Benz Group AG (MBG.DE ) (παλαιότερα Daimler) παρουσίασε το πρώτο αυτοκίνητο που τροφοδοτείται από μπαταρία SSB λιθίου-μετάλλου στο δρόμο. Το πρωτότυπο SSB ενσωματώθηκε σε ένα EQS στα τέλη του περασμένου έτους.
Η SSB σε όχημα βασισμένο στο EQS μπορεί να αυξήσει την αυτονομία κατά 25%, σημείωσε η εταιρεία.
Έτσι, ενώ βρίσκεται σε εξέλιξη, η εμπορευματοποίηση των SSB είναι ακόμη μακριά μερικά χρόνια. Εν τω μεταξύ, μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ντάλας έχει ανακαλύψει έναν τρόπο να ενισχύσει την απόδοση των μπαταριών στερεάς κατάστασης.
Βελτιώνοντας την Ιοντική Αγωγιμότητα στις SSBs
Δημοσιεύτηκε στο ACS Energy Letters, η τελευταία μελέτη περιγράφει την ανακάλυψη βελτιωμένης ιοντικής αγωγιμότητας1.
Αυτή η αυξημένη ιοντική αγωγιμότητα προκαλείται από το σχηματισμό μιας στρώσης χωρικού φορτίου στη διεπαφή, παρέχοντας μια νέα στρατηγική για την ανάπτυξη γρήγορων ιοντικών αγωγών για τις SSB. Η «στρώση χωρικού φορτίου», ως αποτέλεσμα της ανάμειξης μικρών σωματιδίων μεταξύ δύο στερεών ηλεκτρολυτών, είναι μια συσσώρευση ηλεκτρικού φορτίου στη διεπαφή μεταξύ των δύο υλικών.
Αυτό που συμβαίνει είναι ότι όταν τα υλικά στερεού ηλεκτρολύτη, τα οποία είναι ξεχωριστά, έρχονται σε φυσική επαφή, σχηματίζεται μια στρώση στο όριό τους. Στο όριο, τα φορτισμένα σωματίδια συσσωρεύονται λόγω διαφορών στο χημικό δυναμικό κάθε υλικού.
Η στρώση στη συνέχεια βοηθά στη δημιουργία διαδρομών που διευκολύνουν τη μετακίνηση αυτών των φορτισμένων σωματιδίων ή ιόντων μέσω της διεπαφής. Σύμφωνα με τον συν-συγγραφέα της μελέτης, Δρ. Laisuo Su, που είναι βοηθός καθηγητής επιστήμης και μηχανικής υλικών στη Σχολή Μηχανικής και Πληροφορικής Erik Jonsson:
«Φανταστείτε να αναμειγνύετε δύο συστατικά σε μια συνταγή και να λαμβάνετε απροσδόκητα ένα αποτέλεσμα που είναι καλύτερο από κάθε συστατικό ξεχωριστά.»
Πρόσθεσε:
«Αυτό το φαινόμενο ενίσχυσε τη μετακίνηση των ιόντων πέρα από ό,τι θα μπορούσε να επιτύχει κάθε υλικό μόνο του», πρόσθεσε.
Η έρευνα του Δρ. Su εστιάζει στην ανάπτυξη επαναστατικών υλικών για συσκευές ανανεώσιμης ενέργειας στον χώρο των επαναφορτιζόμενων μπαταριών. Εκτός από το ιδιαίτερο ενδιαφέρον του για τα ηλεκτρολύτες, τόσο στερεά όσο και υγρά, καθώς και για τη διεπαφή ηλεκτρολύτη-ηλεκτρόδου, όπου λαμβάνουν χώρα κρίσιμες αντιδράσεις, εργάζεται στην κατασκευή προηγμένων εργαλείων για την παρακολούθηση χημικών και ηλεκτροχημικών αντιδράσεων που συμβαίνουν σε εξοπλισμό ανανεώσιμης ενέργειας.
«Αυτή η ανακάλυψη προτείνει έναν νέο τρόπο σχεδίασης καλύτερων στερεών ηλεκτρολυτών επιλέγοντας προσεκτικά υλικά που αλληλεπιδρούν με τρόπο που ενισχύει την κίνηση των ιόντων, ενδεχομένως οδηγώντας σε μπαταρίες στερεάς κατάστασης με καλύτερη απόδοση.»
– Δρ. Su
Στο πλαίσιο της πρωτοβουλίας BEACONS (Batteries and Energy to Advance Commercialization and National Security) του UTD, η οποία έλαβε χρηματοδότηση $30 εκατομμυρίων από το Υπουργείο Άμυνας κατά την έναρξή της το 2023, το έργο στοχεύει στην ανάπτυξη και εμπορευματοποίηση νέας τεχνολογίας μπαταριών και διαδικασιών παραγωγής, στη βελτίωση της εγχώριας διαθεσιμότητας κρίσιμων πρώτων υλών και στην εκπαίδευση υψηλής ποιότητας εργαζομένων για τη βιομηχανία.
Σύμφωνα με τον συν-συγγραφέα της μελέτης, Δρ. Kyeongjae Cho, ο οποίος είναι επίσης καθηγητής επιστήμης και μηχανικής υλικών και διευθυντής του BEACONS:
«Η τεχνολογία μπαταριών στερεάς κατάστασης αποτελεί μέρος της έρευνάς μας για τις επόμενες γενιές χημείας μπαταριών στο κέντρο BEACONS, και αναμένεται να επιτρέψει προηγμένα συστήματα μπαταριών για τη βελτίωση της απόδοσης των drones για αμυντικές εφαρμογές.»
Οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων που χρησιμοποιούνται σήμερα σε καταναλωτικά προϊόντα περιλαμβάνουν κυρίως υγρά ηλεκτρολύτες, οι οποίοι είναι εύφλεκτοι και συνεπώς παρουσιάζουν προβλήματα ασφαλείας.
Καθώς οι συμβατικές μπαταρίες Li-ion φθάνουν το θεωρητικό τους όριο όσον αφορά την αποθήκευση ενέργειας, οι SSB, σύμφωνα με τον Su, δείχνουν υποσχόμενες δυνατότητες για παραγωγή και αποθήκευση περισσότερης από το διπλάσιο της ενέργειας σε σύγκριση με τις μπαταρίες με υγρούς ηλεκτρολύτες. Και επειδή δεν είναι εύφλεκτες, είναι επίσης πιο ασφαλείς.
Ωστόσο, η μετακίνηση ιόντων μέσω στερεών υλικών είναι δύσκολη, δημιουργώντας προκλήσεις στην ανάπτυξη ανάπτυξη μπαταριών στερεάς κατάστασης.
Έτσι, οι ερευνητές μελέτησαν την απόδοση δύο υποσχόμενων ενώσεων στερεού ηλεκτρολύτη (SSE). Αυτές περιλαμβάνουν το χλωριούχο λιθίου-ζιρκόνιου (Li2ZrCl6) και το χλωριούχο λιθίου-υτρίου (Li3YCl6).
Οι ερευνητές πρότειναν μια θεωρία για το γιατί η ανάμειξη αυτών ενίσχυε τις ιοντικές δραστηριότητες. «Η διεπαφή δημιούργησε μοναδικά κανάλια για τη μεταφορά ιόντων», δήλωσε ο Su.
Στο μέλλον, οι ερευνητές θα συνεχίσουν να μελετούν πώς η σύνθεση καθώς και η δομή της διεπαφής οδηγούν σε μεγαλύτερη ιοντική αγωγιμότητα.
Αντιμετωπίζοντας το Πρόβλημα των Ντεντριτών στις SSBs
Η ανάγκη για μπαταρίες με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα οδήγησε μια άλλη ομάδα ερευνητών να εργαστεί στο κρίσιμο πρόβλημα των ντεντριτών. Αρχικά, θεωρούνταν ότι οι ντεντρίτες δεν μπορούν να διαπεράσουν το στερεό ηλεκτρολύτη. Ωστόσο, όπως και σε άλλες αρχιτεκτονικές μπαταριών, αποτελούν επίσης πρόβλημα για τις μπαταρίες όλων των στερεών καταστάσεων.
Μια ομάδα μηχανικών και επιστημόνων υλικών από διάφορα ιδρύματα στην Κίνα έχει ανακάλυψε2 ότι η κόπωση του μετάλλου στο άνοδο είναι ένας από τους κύριους λόγους αποτυχίας των SSB με την πάροδο του χρόνου. Συμβάλλει επίσης στην υποβάθμιση της διεπαφής και στην ανάπτυξη ντεντριτών.
Η ομάδα χρησιμοποίησε μικροσκοπία σάρωσης ηλεκτρονίων και προσομοιώσεις πεδίου φάσης για να μελετήσει την ανάπτυξη ντεντριτών σε μπαταρίες Λιθίου SSB.
Αυτό που διαπίστωσαν ήταν ότι κατά τη διάρκεια της φόρτισης και επαναφόρτισης, η συνεχής διόγκωση και συστολή του λιθίου προκαλούσε κόπωση του μετάλλου στο άνοδο, προάγοντας την ανάπτυξη ντεντριτών. Συγκεκριμένα, η συνεχής επέκταση και συστολή οδήγησε στην ανάπτυξη μικροκενών και ρωγμών στο άνοδο, που προκάλεσαν την ανάπτυξη ντεντριτών και την υποβάθμιση, ακόμη και σε χαμηλές πυκνότητες.
Όσον αφορά το τι είναι ένας ντεντρίτης, είναι μια δομή παρόμοια με δέντρο που σχηματίζεται λόγω χημικών αντιδράσεων στην επιφάνεια του άνοδο.
Τα άνοδο σε μια μπαταρία περνούν από διαδικασίες επικάλυψης και αφαίρεσης λιθίου κατά τους κύκλους φόρτισης και εκφόρτισης. Σε αυτή τη αντιστροφή, τα ιόντα λιθίου εναποτίθενται στην επιφάνεια του άνοδο (επικάλυψη) και αφαιρούνται (αφαίρεση) από αυτήν κατά τις κανονικές λειτουργίες κύκλου (φόρτιση & εκφόρτιση) της μπαταρίας.
Μια μη ομοιόμορφη εναπόθεση των ιόντων λιθίου στην επιφάνεια του άνοδο, ωστόσο, τείνει να δημιουργεί σημεία που προσελκύουν περισσότερα ιόντα, οδηγώντας σε μια αλυσίδα λιθίου που μεγαλώνει. Η δομή τύπου δέντρου τότε διαπερνά τη μπαταρία, καταστρέφοντας τη δομή της και προκαλώντας βραχυκύκλωμα.
Στις SSB, υπάρχει μεγάλη περιοχή επαφής μεταξύ του λιθίου μετάλλου και του στερεού ηλεκτρολύτη. Και αν εμφανιστούν κενά στο στερεό ηλεκτρολύτη, το λιθίου μέταλλο τα γεμίζει γρήγορα, προκαλώντας σοβαρό σχηματισμό ντεντριτών και βαθιά διάδοση ρωγμών μέσω του ηλεκτρολύτη.
Έτσι, ο Haegyeom Kim, επιστήμονας προσωπικού υλικών στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley στην Καλιφόρνια, δημοσίευσε3 μια λύση σε αυτό το πρόβλημα.
Η μελέτη τους περιγράφει τη χρήση ενός διπλού στρώματος απομονωτικού από κασσίτερο-άνθρακα στον συλλέκτη ρεύματος για την πρόληψη του σχηματισμού ντεντριτών στο λιθίου, σε μπαταρίες χωρίς άνοδο όλων των στερεών καταστάσεων (ASSBs). Σε αυτήν την αρχιτεκτονική SSB, το άνοδο δεν κατασκευάζεται εκ των προτέρων, αλλά σχηματίζεται κατά τον πρώτο κύκλο φόρτισης στον συλλέκτη ρεύματος από τα ιόντα λιθίου του καταλύτη, μειώνοντας την πολυπλοκότητα, το βάρος και το κόστος.
Ένα προηγούμενο άρθρο ερευνητών της Samsung έδειξε τη δυνατότητα χρήσης στρωμάτων ασημί και άνθρακα ως απομονωτικό στρώμα σε μπαταρίες λιθίου, με πολύ σταθερό και ομοιόμορφο κύκλο επικάλυψης και αφαίρεσης λιθίου.
Μελετώντας γιατί αυτό ήταν αποτελεσματικό, η ομάδα του Kim διαπίστωσε ότι το ασήμι είναι πολύ λυθόφιλο, και τα ιόντα λιθίου ευθυγραμμίζονται ομοιόμορφα πάνω από το στρώμα του, ακόμη και όταν υπάρχουν υψηλές συγκεντρώσεις λιθίου, καθιστώντας την επικάλυψη λιθίου πολύ ομοιόμορφη εφόσον η εναπόθεση του ασημιού ήταν ομοιόμορφη.
Η κατανόηση του ρόλου του άνθρακα εδώ, ωστόσο, αποτέλεσε τη βάση για τη νέα εργασία, όπου η ομάδα επέλεξε το κασσίτερο, το οποίο λειτουργεί καλύτερα από το ακριβό ασήμι.
Για να κατανοήσουν τον ρόλο του άνθρακα, η ομάδα σχεδίασε πολλαπλές δοκιμές και χρησιμοποίησε τέσσερα διαφορετικά μισά κύτταρα μπαταρίας. Ένα με στρώμα απομονωτικού κασσιτέρου, ένα χωρίς στρώμα απομονωτικού, ένα με κασσίτερο πάνω από το στρώμα απομονωτικού άνθρακα, και ένα με άνθρακα πάνω από το στρώμα απομονωτικού κασσιτέρου.
Τα στρώματα εναποτέθηκαν σε έναν συλλέκτη ρεύματος από ανοξείδωτο ατσάλι, και το στρώμα απομονωτικού με τον άνθρακα πάνω από το κασσίτερο έδειξε την καλύτερη απόδοση.
«Καταλάβαμε ότι το κασσίτερο λειτουργεί ως λυθόφιλο στρώμα όπως το ασήμι, έτσι η θέση του κασσιτέρου είναι σημαντική, καθώς εκεί γίνεται η επικάλυψη.»
– Kim
Το στρώμα άνθρακα διαπιστώθηκε ότι είναι λυθοφοβικό, πράγμα που σημαίνει ότι τα ιόντα λιθίου δυσκολεύονταν να περάσουν μέσω αυτού του στρώματος, προτιμώντας την αντίθετη κατεύθυνση. Η τοποθέτησή του πάνω στο κασσίτερο απέτρεψε τη μετανάστευση του λιθίου από το νεοαναπτυγμένο στρώμα επικάλυψης στο κασσίτερο και σταμάτησε τη διείσδυση ντεντρίτη στο ηλεκτρολύτη.
«Δεν πρόκειται μόνο για τις εγγενείς ιδιότητες ενός μόνο υλικού. Ο τρόπος που τα συνδυάζουμε είναι τόσο σημαντικός, καθώς μπορεί να αλλάξει σημαντικά τις ιδιότητες του στρώματος φραγμού.»
Η ομάδα εργάζεται τώρα σε νέα στρώματα απομονωτικού με καλύτερη απόδοση, δοκιμάζοντας σε μεγαλύτερους κύκλους, και προχωρώντας σε πιο πρακτικά συστήματα.
Αφαίρεση των Κενού για Ενίσχυση της Διάρκειας Ζωής
Ένα ακόμη breakthrough στην προσέγγιση των SSB προς πραγματικές εφαρμογές επιτεύχθηκε κατανοώντας γιατί η προσθήκη μικρών ποσοτήτων μετάλλων όπως το μαγνήσιο στο άνοδο βελτιώνει την απόδοση της μπαταρίας.
Αν και αυτό γίνεται συχνά, δεν ήταν γνωστό μέχρι τώρα γιατί συμβαίνει αυτό.
Για το σκοπό αυτό, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Χιούστον εξέτασαν εντός των SSB χρησιμοποιώντας λειτουργική μικροσκοπία σάρωσης ηλεκτρονίων για να καταλάβουν γιατί αποτυγχάνουν και τι μπορεί να γίνει για να επιβραδυνθεί αυτή η διαδικασία.
«Αυτή η έρευνα λύνει ένα μακροχρόνιο μυστήριο για το γιατί οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης αποτυγχάνουν μερικές φορές», δήλωσε ο συν-συγγραφέας Yan Yao, ο διακεκριμένος καθηγητής Ηλεκτρικής και Πληροφορικής Μηχανικής Hugh Roy και Lillie Cranz Cullen και κύριος ερευνητής στο Texas Center for Superconductivity.
Η ανακάλυψή τους, σύμφωνα με τον Yao, επιτρέπει στις SSB να λειτουργούν υπό χαμηλότερη πίεση. Αυτό μπορεί ενδεχομένως να μειώσει την ανάγκη για ογκώδεις εξωτερικές θήκες και να ενισχύσει τη συνολική ασφάλεια.
Αυτό που έχει μάθει είναι ότι με την πάροδο του χρόνου, μικροσκοπικά κενά σχηματίζονται μέσα στη μπαταρία δημιουργώντας ένα μεγάλο κενό, το οποίο προκαλεί αποτυχία της μπαταρίας. Η διεξαγωγή πολλαπλών δοκιμών αποκάλυψε ότι η προσθήκη μικρής ποσότητας στοιχείων όπως το μαγνήσιο (Mg) μπορεί να κλείσει αυτά τα κενά και να βοηθήσει τη μπαταρία να συνεχίσει να λειτουργεί.
«Με μια μικρή προσαρμογή στη χημεία της μπαταρίας, μπορούμε να βελτιώσουμε δραματικά την απόδοσή της, ειδικά υπό πρακτικές συνθήκες όπως η χαμηλή πίεση.»
– Πρώτος συγγραφέας Lihong Zhao, βοηθός καθηγητής Ηλεκτρικής και Πληροφορικής Μηχανικής στο UH
Οι SSB χρειάζονται υψηλή εξωτερική πίεση στο σωρό για να παραμείνουν ακέραιες κατά τη λειτουργία, αλλά όπως σημείωσε η Zhao, «με προσεκτική ρύθμιση της χημείας της μπαταρίας, μπορούμε να μειώσουμε σημαντικά την πίεση που απαιτείται για τη σταθερότητά της».
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μιζούρι, εν τω μεταξύ, χρησιμοποίησαν τετραδιάστατη μικροσκοπία σάρωσης μετάδοσης ηλεκτρονίων (4D STEM) για να αξιολογήσουν την ατομική δομή της μπαταρίας.
Αυτό που διαπίστωσαν ήταν ότι όταν το στερεό ηλεκτρολύτη έρχεται σε επαφή με τον καταλύτη, αντιδρά και σχηματίζει μια διαφασική στρώση πάχους 100 nm, η οποία εμποδίζει τα ιόντα λιθίου και τα ηλεκτρόνια να κινηθούν εύκολα, περιορίζοντας έτσι την απόδοση της μπαταρίας.
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει τώρα να δοκιμάσει αν τα υλικά λεπτόφιλμ που σχηματίζονται με διαδικασία εναπόθεσης σε φάση ατμού (oMLD) μπορούν να παρέχουν μια προστατευτική επίστρωση «αρκετά λεπτή ώστε να αποτρέπει τις αντιδράσεις» μεταξύ του στερεού ηλεκτρολύτη και των υλικών του καταλύτη, «αλλά όχι τόσο παχιά ώστε να εμποδίζουν τη ροή ιόντων λιθίου».
Χρήση Τεχνητής Νοημοσύνης για τη Βοήθεια στην Έρευνα & Ανάπτυξη των SSB
Με την τεχνητή νοημοσύνη να μετασχηματίζει τις βιομηχανίες, είναι λογικό ότι οι ερευνητές επίσης αξιοποιούν τη βοήθειά της για την επίλυση του προβλήματος της έρευνας και ανάπτυξης των SSB, που είναι απαιτητικές σε πόρους και χρόνο.
Το πολύπλοκο χημικό περιβάλλον των SSB καθιστά στην πραγματικότητα δύσκολη την πρόβλεψη της απόδοσης και καθυστερεί τη μαζική βιομηχανοποίηση.
Σε μια μελέτη5 από την περασμένη εβδομάδα, μηχανικοί από το Πανεπιστήμιο Soochow και το Πανεπιστήμιο Nanjing, Κίνα, τόνισαν τη δυνατότητα της AI να επιτρέψει αποδοτική επιλογή υλικών και πρόβλεψη απόδοσης. Η τελευταία πρόοδος στη χρήση αλγορίθμων μηχανικής μάθησης (ML), σημειώνεται, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξόρυξη εκτεταμένων βάσεων δεδομένων υλικών και την επιτάχυνση της ανακάλυψης υλικών υψηλής απόδοσης κατάλληλων για SSB.
Η ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας AI, σύμφωνα με τη μελέτη, παρέχει νέες ιδέες για την αντιμετώπιση των κύριων προκλήσεων των SSB, που είναι η διεπαφή του άνοδο, η διεπαφή του καταλύτη, η σύνθεση και η ανακάλυψη ηλεκτρολυτών, και η κατασκευή μπαταριών.
Ερευνητές από το Skoltech και το AIRI Institute αξιοποίησαν επίσης τα νευρωνικά δίκτυα και τα βρήκαν ικανά να εντοπίζουν υποσχόμενα υλικά για το στερεό ηλεκτρολύτη καθώς και τις προστατευτικές του επενδύσεις.
«Δείξαμε ότι τα γραφικά νευρωνικά δίκτυα μπορούν να εντοπίζουν νέα υλικά μπαταριών στερεάς κατάστασης με υψηλή ιοντική κινητικότητα και το κάνουν πολλαπλάσια ταχύτερα από τις παραδοσιακές μεθόδους κβαντικής χημείας», επιταχύνοντας ενδεχομένως την ανάπτυξη νέων υλικών μπαταριών, δήλωσε ο κύριος συγγραφέας, Artem Dembitskiy.
Χρησιμοποιώντας την προσέγγιση επιταχυμένη από μηχανική μάθηση, οι ερευνητές εντόπισαν τις ενώσεις Li3AlF6 και Li2ZnCl4 ως υποσχόμενα υλικά επικάλυψης για τον υπεριογδικό αγωγό λιθίου Li10GeP2S12.
Επένδυση στην τεχνολογία SSB
Όσον αφορά την επένδυση σε μια εταιρεία που προωθεί ενεργά την τεχνολογία μπαταριών στερεάς κατάστασης, η Toyota προσφέρει ισχυρή προοπτική.
Ο Ιαπωνικός κατασκευαστής αυτοκινήτων έχει συνεργαστεί με την Panasonic για να δημιουργήσει μια κοινοπραξία με την ονομασία Prime Planet Energy & Solutions, εστιάζοντας σε στερεούς ηλεκτρολύτες βάσει θειούχων. Η εταιρεία σχεδιάζει να ξεκινήσει την παραγωγή του επόμενου έτους, με τη μαζική παραγωγή να μην αναμένεται μέχρι το 2030, στοχεύοντας σε αυτονομία 1.000 km, γρήγορη φόρτιση 10 λεπτών και ετήσιο στόχο χωρητικότητας 9 GWh.
Έχει επίσης συνεργαστεί με την Idemitsu Kosan για τη μαζική παραγωγή ηλεκτρολυτών βάσει θειούχων μέχρι το 2027–2028.
Toyota Motor Corp (TM )
Η σχέση της Toyota με τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης ξεκίνησε σχεδόν πριν από δύο δεκαετίες με τη δημιουργία της Διεύθυνσης Έρευνας Μπαταριών, της οποίας ο σκοπός είναι η ανάπτυξη μπαταριών επόμενης γενιάς για υβριδικά και ηλεκτρικά οχήματα.
Όσον αφορά την απόδοση της Toyota Motors στην αγορά, είναι αρκετά ισχυρή, με τις μετοχές της αυτή τη στιγμή να διαπραγματεύονται στα $183,60. Παρά την πτώση 4,87% ετών, έχουν αυξηθεί πάνω από 17% από το χαμηλό του Απριλίου. Μόλις πέρυσι, τον Μάρτιο, η τιμή της μετοχής της εταιρείας ξεπέρασε τα $255, φτάνοντας σε νέο υψηλό.
TM Διάγραμμα τιμής
Με αυτά, η κεφαλαιοποίηση των $292,4 δισεκατομμυρίων, το EPS (TTM) της Toyota είναι 24,01 και το P/E (TTM) είναι 7,71. Προσφέρει επίσης ελκυστικό απόδοση μερίσματος 3,27%.
Τα οικονομικά αποτελέσματα της εταιρείας για το 1ο τρίμηνο 2025 έδειξαν ότι τα καθαρά έσοδα αυξήθηκαν κατά 6,5% στα $314 δισεκατομμύρια, ενώ το λειτουργικό εισόδημα μειώθηκε κατά πάνω από 15% στα $31,3 δισεκατομμύρια. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η εταιρεία πούλησε συνολικά περίπου 9.362.000 μονάδες. Παρά τη μείωση των πωλήσεων κατά 81.000 μονάδες στο τρίμηνο, η Toyota παρέμεινε η πιο πωλούμενη μάρκα.
Αυτό συμβαίνει μετά την πώληση 10,8 εκατομμυρίων οχημάτων από την Toyota το 2024, καθιστώντας την τον παγκόσμιο κορυφαίο κατασκευαστή αυτοκινήτων για πέμπτη διαδοχική χρονιά.
Τελευταία Νέα και Εξελίξεις για τις Μετοχές της Toyota Motor Corp. (TM)
Κάντε κλικ εδώ για μια λίστα με τις πέντε καλύτερες μετοχές μπαταριών στερεάς κατάστασης.
Συμπέρασμα: Το Μέλλον των Στερεάς-Κατάστασης Μπαταριών
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης υπόσχονται πολλά οφέλη σε σχέση με τις ευρέως χρησιμοποιούμενες μπαταρίες λιθίου. Ενώ προσφέρουν καλύτερη ασφάλεια, ενεργειακή πυκνότητα και διάρκεια ζωής, προκλήσεις όπως η διαχωρισμός διεπαφής και ο σχηματισμός ντεντριτών εξακολουθούν να εμποδίζουν τη μαζική υιοθέτησή τους.
Εδώ, η τελευταία ανακάλυψη ότι η ανάμειξη ορισμένων στερεών ηλεκτρολυτών δημιουργεί μια «στρώση χωρικού φορτίου», η οποία βελτιώνει την κινητικότητα των ιόντων, αντιπροσωπεύει μια υποσχόμενη νέα κατεύθυνση. Μέσω τέτοιων breakthroughs, μαζί με τη συνεχή πειραματική προσέγγιση των εταιρειών, οι SSB μπορούν τελικά να γίνουν βιώσιμες για πραγματική χρήση σε κινητές συσκευές και ηλεκτρικά οχήματα.
Μελέτες που Αναφέρονται:
1. Wang, B., Limon, M. S. R., Zhou, Y., Cho, K., Ahmad, Z., & Su, L. (2025). 1 + 1 > 2 Effect induced by space charge in solid electrolytes. ACS Energy Letters, 10(3), 1255–1257. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c03398
2. Wang, T., Chen, B., Liu, Y., Song, Z., Wang, Z., Chen, Y., Yu, Q., Wen, J., Dai, Y., Kang, Q., Pei, F., Xu, R., Luo, W., & Huang, Y. (2025). Fatigue of Li metal anode in solid-state batteries. Science, 388(6744), 311–316. https://doi.org/10.1126/science.adq68073. Avvaru, V. S., Ogunfunmi, T., Jeong, S., Diallo, M. S., Watt, J., Scott, M. C., & Kim, H. (2025). Tin–carbon dual buffer layer to suppress lithium dendrite growth in all-solid-state batteries. ACS Nano, 19(18), 17347–17356. https://doi.org/10.1021/acsnano.4c16271
4. Zhao, L., Feng, M., Wu, C. et al. Imaging the evolution of lithium-solid electrolyte interface using operando scanning electron microscopy. Nat Commun 16, 4283 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-59567-8
5. Wang, S., Liu, J., Song, X. et al. Artificial Intelligence Empowers Solid-State Batteries for Material Screening and Performance Evaluation. Nano-Micro Lett. 17, 287 (2025). https://doi.org/10.1007/s40820-025-01797-y
