Rebolusyon sa Baterya Nagdadala ng Solid-State na Baryante Isang Hakbang Pa Lapit sa Katotohanan

Mga Solid-State na Baterya Para Makamit ang Dominasyon ng EV

Habang ang mga lithium-ion na baterya ay naging pangunahing solusyon para sa mga sistema ng baterya ng EV, may ilang limitasyon sila.

Isa sa mga ito ay ang hindi gaanong kahanga-hangang energy density, at isa pa ay ang isyu sa kaligtasan na kaugnay ng pag-usbong ng mga dendrite na tumatagos sa baterya at minsang nasusunog ang electrolyte.

Pinagmulan: Nobel Prize

Inaasahang mababawasan ang parehong problema sa pamamagitan ng solid-state na mga baterya, na nag-aalis ng pangangailangan para sa mga electrolyte at ng panganib ng dendrite.

Inaasahan ng Toyota na magamit ang mga solid-state na baterya pagsapit ng 2027, at sa pangkalahatan, tila isang solidong kandidato ito para sa hinaharap ng mobilidad.

Gayunpaman, may ilang isyu pa rin, partikular sa garnet-type solid electrolyte, na kilala rin bilang Li7La3Zr2O12 o LLZO (tingnan sa ibaba).

Kaya’t magandang balita na apat na mananaliksik sa McGill University sa Canada ang nag-anunsyo na nakalikha sila ng bagong disenyo ng LLZO na maaaring maghatid ng mas mataas na enerhiya. Inilathala nila ang kanilang mga resulta sa Cell Reports Physical Science sa isang papel na pinamagatang “4.8-V all-solid-state garnet-based lithium-metal batteries with stable interface”.

Solid-State Electrolyte

LLZO

Karaniwang sinasabi na ang mga solid-state na baterya ay hindi nangangailangan ng mga electrolyte. Totoong teknikal ito kapag tinutukoy ang likidong electrolyte na karaniwang ginagamit sa mga lithium-ion na baterya.

Ngunit siyempre, kailangan pa rin ng anumang baterya ng isang uri ng tulay sa pagitan ng anode at cathode upang gumana. May tatlong uri ng solid-state electrolyte (SE): ceramic, polymer, at composite SEs (CSEs).

Ang mga composite solid-state electrolyte (CSEs) ay pinaghalo ang polymer SE sa mga ionic conductive inorganic filler tulad ng Li7La3Zr2O12 (LLZO) upang mapadali ang paglipat ng lithium-ion.

Habang ang pamamaraang ito ay perpekto para sa mataas na boltahe sa masisiksik na baterya, ito ay nagkakaroon ng mahina na kontak sa electrode, na nagpapababa ng kabuuang kahusayan.

Porous LLZO

Ang natuklasan ng mga mananaliksik ay maaaring gawing porous ceramic membrane ang LLZO, sa halip na ang karaniwang solid plate. Sa mas teknikal na termino:

Dito, dinisenyo namin ang isang lubos na conductive at interface-friendly na garnet-based composite solid electrolyte (CSE) na binubuo ng cubic Li6.1Al0.3La3Zr2O12 porous framework at polyvinylidene difluoride (PVDF) na may tatlong-dimensional na tuloy-tuloy na estruktura.

Sa biswal, isinasalin ito sa isang napaka-komplikadong 3D na estruktura na puno ng maliliit na butas sa mikroskopikong sukat:

Pinagmulan: Cell

Lumilikha ito ng maraming surface contact para sa lithium-ion, habang nagbibigay pa rin ng matibay na pagdikit sa electrode.

Pinagmulan: Cell

Mas Matatag at Matibay na mga Baterya

Sa pangkalahatan, ang mga solid-state na baterya ay mas malakas at may mas mataas na energy density kaysa sa mga lithium-ion na baterya. Ngunit mahirap itong gawin sa malakihang produksyon upang tumagal ng maraming charge-discharge cycle nang hindi nawawalan ng kapasidad.

Kaya’t sinubukan ng mga mananaliksik ang mga baterya upang makita kung kasing matibay nga ba ng inaasahan nila ang interface ng electrode na kanilang nilikha.

Pagkatapos ng 200 cycle, sinuri nila ito sa ilalim ng mikroskopyo at wala silang nakitang bakas ng pagkasira, tulad ng pag-crack, delamination, atbp.

Pinagmulan: Cell

Sa kabuuan, ipinapakita ng prototype ng baterya ang mahusay na resistensya, lalo na laban sa pagbuo ng dendrite.

Li-Li symmetric cells based on the ceramic-based CSE can cycle stably for 1,000 h at 0.1 and 0.5 mA cm−2, indicating excellent electrochemical stability against Li-metal and even Li+ deposition (dendrite suppression).

Mas Magandang Profile sa Kaligtasan

Ang lubhang nabawasang pagbuo ng dendrite, pati na rin ang kawalan ng nasusunog na electrolyte, ay dapat magpataas nang malaki sa kaligtasan ng mga lithium na baterya.

Dahil ang kapal ng ceramic-based CSE ay 125 μm lamang, ginagawa rin nitong napakakumpetitibo ang teknolohiyang ito para lumikha ng napakataas na energy‑dense na solid‑state na baterya.

Dapat ding tandaan na bagaman hindi ito simple, ang teknikong ginamit upang lumikha ng pinahusay na LLZO ay hindi nangangailangan ng mga bihirang metal, bihirang makinarya, o komplikadong hakbang na wala sa karaniwang paggawa ng baterya.

Pinagmulan: Cell

Kaya sa kabuuan, dapat itong ituring na mahalagang hakbang sa pagpapalakas pa ng mga katangian ng solid‑state na baterya sa lahat ng mahahalagang aspeto: katatagan, kaligtasan, energy density, at kadalian ng produksyon.

Nanalo ba ang mga Solid-State na Baterya?

Hindi ibig sabihin na tiyak na magiging bagong pamantayan ang mga solid‑state na baterya para sa mga baterya ng EV sa mga darating na taon.

Maaaring makipagkumpetensya rin ang mga lithium‑ion na baterya. Kadalasan ito ay nauugnay sa mga pagpapabuti sa disenyo, kung saan ang mga katulad na nanopores ay tumutulong sa pagbawas ng pagbuo ng dendrite.

Pinakakilala, ang mga honeycomb battery na binuo ng pandaigdigang lider sa paggawa ng baterya na si CATL ay maaaring maabot ang profile sa kaligtasan at energy density na katulad ng ilang solid‑state na baterya.

Sa pangkalahatan, tila ang mas malalim na pag-unawa sa materyales ng baterya, lalo na sa micro‑ at nano‑scale, at ang paggamit ng mga nanopores ang magiging susi upang patuloy na mapabuti ang pagganap ng baterya at tuluyang alisin ang panganib na dulot ng dendrite.

Pag‑iinvest sa Teknolohiyang Baterya

Ang mga lithium na baterya ay nagbago na ng mundo nang maraming ulit, mula sa pagpapahintulot sa mga tao na magdala ng advanced na elektronikong saan man hanggang sa pagpapagana ng mga sasakyan gamit lamang ang kuryente.

Maaaring magawa nila ito muli, o kaya’y ibang uri ng baterya, sa pamamagitan ng pagpayag sa 100% renewable na power grid o sa pag‑elektripika ng mga eroplano kapag naabot ang sapat na energy density.

Maaaring mag‑invest ka sa mga kumpanyang may kinalaman sa baterya sa pamamagitan ng maraming broker, at dito sa securities.io, makikita mo ang aming mga rekomendasyon para sa pinakamahusay na mga broker sa Estados Unidos, Canada, Australia, United Kingdom, at marami pang ibang bansa.

Kung hindi ka interesado sa pagpili ng partikular na kumpanyang baterya, maaari ka ring tumingin sa mga biotech ETF tulad ng Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), ang Lithium & Battery Tech ETF (LIT) ng Global X, o ang WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), na magbibigay ng mas diversified na exposure upang makinabang sa lumalaking industriya ng baterya.

Mga Kumpanyang Solid‑State

Matagal nang inaasahan na isa sa mga unang kumpanyang magdadala ng solid‑state na baterya sa merkado, ang QuantumScape (QS ) ay nangunguna sa pag‑debelop ng teknolohiyang ito.

Ang mga baterya ng QuantumScape ay gumagamit ng lithium metal, anode‑free na mga baterya.

Sa halip na anode, iniimbak ng mga anode‑free na baterya ang mga ion sa isang electrochemical deposit ng alkali metal direkta sa current collector. Pinapayagan nito ang mas mataas na cell voltage, mas mababang gastos ng cell, at mas mataas na energy density.

Pinagmulan: QuantumScape

(tinalakay din namin ang konsepto ng anode‑free na baterya sa konteksto ng sodium baterya sa “Anode-Free Sodium Solid-State Batteries Could Reduce Reliance on the ‘Lithium Triangle’”).

Gayunpaman, regular na naantala ng QuantumScape ang inaasahang petsa ng mass production ng kanilang mga baterya, na nagpalabnaw ng unang sigla ng mga mamumuhunan para sa kumpanya.

Maaaring nagbabago ito sa ilang mahahalagang pag‑unlad noong 2023 at 2024:

• Pag‑angat sa consistency at kalidad ng produksyon.
• Pag‑ayos sa disenyo ng packaging, kabilang ang mas mahigpit na internal margins, mas manipis na current collectors, at mas manipis na frame.
• Pagpapadala ng high cathode‑loading unit cells sa mga automotive OEM (Original Equipment Manufacturer) na kasosyo.
• Inanunsyo ang paglulunsad ng QSE-5, ang unang komersyal na produkto ng kumpanya, na may prospective launch customer sa sektor ng automotive.

Sa pangkalahatan, tila ang QuantumScape ang pinakamahinahong solid‑state na kumpanya pagdating sa teknolohiyang pinaka‑mature, lalo na sa tibay ng baterya.

Pinagmulan: QuantumScape

Kasunduan Kay Volkswagen

Mas mahalaga pa, ang kumpanya ay nagpapakita ng totoong pag‑unlad sa pagtatag ng pakikipagtulungan sa Volkswagen, ang pang‑2 pinakamalaking tagagawa ng sasakyan sa mundo.

Noong Hulyo 2024, nilagdaan ng QuantumScape at Volkswagen ang isang kasunduan upang mag‑collaborate sa paggawa ng mga baterya batay sa disenyo ng QSE-5.

Ang lisensyang ito ay magbibigay-daan sa PowerCo na mag‑manufacture at mag‑benta ng automotive na baterya hanggang 40 GWh taun‑taon, na maaaring palawakin ng karagdagang 40 GWh.

Isa itong non‑exclusive, royalty‑bearing na IP license, na nagpapahintulot sa QuantumScape na magpatuloy sa pagbebenta sa iba pang potensyal na kliyente.

Marahil mas mahalaga para mapawi ang pag‑alala ng mga mamumuhunan, magbibigay ito ng paunang royalty fee na $130M, na ibabawas sa mga susunod na royalty, na babayaran ng PowerCo, ang subsidiary ng baterya ng Volkswagen.

Ang hakbang na ito ay magbibigay sa kumpanya ng karagdagang 18 buwan ng cash runway kumpara sa dating guidance, na magpapatuloy hanggang 2028.

Dapat ito ay higit pa sa sapat na panahon upang i‑ramp‑up ang produksyon at magsimulang magrehistro ng solidong kita.

Kaya basta’t sapat ang pag‑ganap ng mga baterya ng QuantumScape, dapat nilang matagpuan ang kanilang puwang sa merkado kasabay ng mga baterya na ginagawa ng mas malalaking kumpanya tulad ng CATL, BYD, at Panasonic.

Isinasaalang‑alang na malamang na masusing sinubukan ng Volkswagen ang kanilang sariling mga prototype ng QuantumScape at pinag-aralan ang pag‑scale‑up ng produksyon, ang kamakailang kasunduan ay tila isang matibay na pag‑papatunay sa teknolohiya ng kumpanya.

Pinagmulan: QuantumScape

Dagdag pa rito, ang sabayang deadline ng Toyota para sa 2027 na komersyalisasyon ng solid‑state na baterya ay tila nagpapahiwatig na matapos ang maraming maling simula, ang teknolohiya ay ngayon nasa puntong sapat na ang maturity nito.