Pagpapanatili
Paano Maaaring Baguhin ng Teknolohiyang Solid-State Battery ng Princeton ang Imbakan ng Enerhiya
Ang Pinakamataas na Baterya
As batteries have become the basis of EV powertrains, their performance and safety profile have improved. So far, this has been achieved with variations of lithium batteries, either lithium-ion (lithium-nickel-manganese NMC & lithium-nickel-cobalt-aluminum NCA) or lithium-ferrum-phosphate (LFP) batteries. It was a transformative technology that rightfully nakamit ng mga imbentor nito ang Nobel Prize sa Kimika noong 2019 (follow the link for the history of lithium-ion invention).
Hanggang ngayon, inaasahan na patuloy na mangunguna ang mga bateryang ito sa merkado ng baterya, dahil sa kanilang napakataas na energy density.
Pinagmulan: S&P Global
May hangganan lamang kung gaano karaming enerhiya ang kayang iimbak ng tradisyonal na lithium-ion baterya. Dahil dito, tumitingin ang mga mananaliksik sa ibang mga opsyon, kung saan isa sa pinaka-malamang magtagumpay ay ang solid-state batteries.
Inaasahan na ang solid-state batteries ay magiging mas ligtas, mas mataas ang energy density, at mas matibay kaysa sa tradisyonal na lithium-ion baterya. Gayunpaman, napakahirap itong gawin nang maaasahan sa malakihang produksyon nang hindi nagiging magastos, kaya’t bumagal ang kanilang pag-aampon.
Maaaring magbago ito, at may mga bagong pananaw tungkol sa kung bakit nabibigo ang solid-state batteries mula sa mga mananaliksik sa Princeton University, Purdue University, University of Michigan, at Brookhaven National Laboratory.
Inilathala nila ang kanilang pinakabagong mga tuklas sa dalawang siyentipikong papel sa Advanced Energy Materials1 at ACS Energy Letters2, ayon sa mga pamagat na “Kinetika ng Lithium sa Ag–C Porous Interlayer sa Reservoir-Free Solid-State Batteries” at “Pagkabigo na Dulot ng Filament sa Lithium-Reservoir-Free Solid-State Batteries”.
They also analyzed the current state of the art of battery science regarding anode-free batteries and published it in Nature Materials3, under the title “Electro-chemo-mechanics ng anode-free solid-state batteries”.
Bateryang Solid-State na Walang Anode
The idea of solid-state batteries is to replace the liquid electrolyte in lithium-ion with a layer of solid metal. This is the major source of gain of efficiency, as electrolytes are heavy and voluminous.
Pinagmulan: University Of Chicago
Pinapabuti rin nito ang kaligtasan, dahil ang mga solvent ng electrolyte ay karaniwang nasusunog, na nagdudulot ng mga bihirang ngunit kahindik-hindik na sunog ng baterya na nagbigay ng masamang reputasyon sa mga unang EV.
Isang karagdagang hakbang ang sinuri kamakailan ng mga mananaliksik, kung saan inaalis nang buo ang kalahati ng baterya. Ang mga baterya ay binubuo ng cathode at anode, bawat isa ay may magkaibang karga.
Anode-free batteries completely forgo the need for an anode,
Pinagmulan: Princeton University
In their analysis of anode-free technology today, the Princeton researchers argue that the main issue to progress the technology further is a poor understanding of the mechanical effect of the charging-discharging cycle, more than chemical reactions.
Mga Hamon sa Solid-State
In a classical battery, the connection to the electrodes (anode & cathode) is relatively easy, as the electrolyte is in liquid form. In a solid-state battery, the solid metal needs to perfectly stay in contact with the current collector.
Kung hindi ito pantay, ang mga lugar na may magandang kontak ay nagiging hotspot, habang ang mga lugar na may mahinang kontak ay bumubuo ng mga void.
Upang maunawaan kung bakit nangyayari ito, kailangang magkaroon ng perpektong pag-unawa ang mga mananaliksik sa komplikadong proseso na nagaganap sa pag-charge at discharge ng baterya. Hindi ito lamang kemikal na phenomena, kundi mekanikal din, kung saan ang materyal ay bahagyang nagbabago ng hugis sa paglipas ng panahon.
Sa unang papel, they discovered that pressure can play an important role in how the solid-state metal reacts.
Mga Isyu sa Mababang Presyon
Scanning electron microscopy reveals how lithium has increasing surface contact as pressure increases. So it means that too low pressure does not do enough to improve the uneven contact caused by those surface irregularities.
Pinagmulan: ACS Publication
Sa huli, ang hindi pantay na plating ay nagdulot ng pagbuo ng matutulis na metal filament na, tulad ng maliliit na karayom, ay maaaring tumusok sa solid electrolyte at magdulot ng short-circuit sa baterya.
Mga Isyu sa Mataas na Presyon
While the high pressure can create uniform plating and stripping, it is not a magical solution.
Natuklasan ng mga mananaliksik na pinilit nitong pag-isahin ang electrolyte at ang current collector nang napakatalim na anumang imperpeksiyon sa alinman sa dalawa ay lumala hanggang sa ang mekanikal na stress ay nagdulot ng mga pagkapunit.
Pinagmulan: ACS Publication
Gamit ang X-ray tomography, nagawang i-map ng mga mananaliksik ang mga bitak na nabubuo sa ilalim ng mataas na presyon.
Habang ang stack pressure ay tumataas mula 2 hanggang 10 MPa, lumalaki ang kabuuang dami ng mga bitak. Maraming bitak ang umaabot hanggang sa gilid ng counter electrode (Figures 3b–e at S10), at isang lithium dendrite na umaabot sa counter electrode ay maaaring magdulot ng short circuit.
Pinagmulan: ACS Publication
Sa pangkalahatan, ang paghahanap ng tamang balanse ng sapat na mababang presyon ngunit epektibong kontak ay magiging panghuling layunin para sa industriya ng baterya.
“Ang Holy Grail sa larangang ito ay matuklasan kung paano mapanatili ang solidong kontak sa mababang presyon dahil halos imposibleng makagawa ng defect-free electrolyte. Kung nais nating maisakatuparan ang potensyal ng mga bateryang ito, kailangan nating lutasin ang isyu sa kontak.”
Pr. Kelsey Hatzell – Associate professor of mechanical and aerospace engineering
Mas Mahusay na Pagkakaplatong
Achieving more uniform plating is the topic of ang ikalawang papel published by Pr Hatzell’s team and their collaborators in other universities and laboratories.
Nakita nila na ang manipis na patong ng coating sa pagitan ng current collector at ng electrolyte ay nagpapadali ng mas mahusay na pagdaloy ng ion. Sinubukan nila ang maraming disenyo para sa coating na ito.
Sa huli, natuklasan nila na ang pinakamahusay na opsyon ay ang mga interlayer na gawa sa carbon at silver nanoparticles. Ang silver sa mga interlayer na ito ay bumubuo ng mga alloy kasama ang mga ion sa panahon ng charge at discharge ng baterya, na nagbibigay-daan sa pantay na plating at stripping mula sa current collector.
Gayunpaman, napakahalaga ng detalye kung paano ginagawa ang mga silver particle. Kapag gumamit ng mas malalaking nanoparticles na 200nm, nabubuo nila ang mga manipis, hindi pantay na metal na estruktura sa current collector. Nagdudulot ito ng pagbaba ng kapasidad at kalaunan ay pagkabigo ng baterya matapos ang ilang charge cycles.
Pinagmulan: Advanced Energy Materials
“Iilan lamang ang mga grupo na nagsuri sa aktwal na proseso na nangyayari sa mga interlayer na ito. Kabilang sa iba pang natuklasan, pinatunayan namin na ang katatagan ng mga sistemang ito ay konektado sa morpolohiya ng metal habang ito ay nagpa-plate at nag-strip mula sa current collector.”
Se Hwan Park – Postdoctoral researcher at Princeton University
Ang 50nm na silver particles ay mas mahusay, lumilikha ng mas siksik at pantay na estruktura, na nagreresulta sa mga baterya na may mas mataas na katatagan at mas mataas na output ng kapangyarihan.
“Ang mga natuklasang ito ay maaaring magbigay gabay sa estratehiya para sa paggawa ng mga interlayer na ito.
Sa pamamagitan ng pagpapaliit ng sukat ng mga silver particle, masisiguro naming makukuha lamang ang mga benepisyo ng silver sa interlayer, na maaaring magbigay-daan sa atin upang makamit ang magandang kontak at pantay na plating kahit sa mababang presyon.”
Se Hwan Park – Postdoctoral researcher at Princeton University
Pagbuo ng Mas Mahusay na Solid-State Batteries
For a long time, the solid-sate battery concept struggled to exit the lab and make it to the factory floor, with production at scale.
Nagbabago na ito ngayon, dahil ang mga bansa tulad ng China, Japan, at South Korea ay may mga planong dalhin ang solid-state batteries sa merkado sa malapit na hinaharap.
For example:
- Samsung SDI (006400.KS) nangakong magsisimula ng mass production ng solid-state batteries pagsapit ng 2027
- Hyundai (HYMTF) ay nagbabalak ng mass production pagsapit ng 2030
- Toyota (TM ) may target na mass production ng 2028, na ina-update ang dating target na 2030.
“Ang hamon ay kung paano ilipat mula sa pananaliksik patungo sa totoong mundo sa loob lamang ng ilang taon. Sana, ang trabaho naming ginagawa ngayon sa MUSIC (Mechano-Chemical Understanding of Solid Ion Conductors) ay makapagpatibay sa pag-develop at deployment ng mga susunod na henerasyon ng baterya sa isang makabuluhang malakihang sukat.”
Pr. Kelsey Hatzell – Associate professor of mechanical and aerospace engineering]
Pamumuhunan sa Mga Advanced na Teknolohiya ng Baterya
Batteries are at the center of the trend of electrification, itself a major multi-trillion-dollar endeavor looking to remove fossil fuels from our power sources.
Maaari kang mamuhunan sa mga kumpanyang may kinalaman sa baterya sa pamamagitan ng maraming broker, at dito sa securities.io, matatagpuan mo ang aming mga rekomendasyon para sa pinakamahusay na mga broker sa USA, Canada, Australia, UK, at marami pang ibang bansa.
Kung hindi ka interesado sa pagpili ng partikular na kumpanyang baterya, maaari ka ring tumingin sa mga battery ETFs tulad ng Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), o ang WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, na magbibigay ng mas diversified na exposure upang makinabang sa lumalaking industriya ng baterya.
Kumpanya ng Solid-State Battery
QuantumScape
(QS )
Mula nang itatag noong 2010, ang Californian Quantum Scape ay naging kilalang startup sa larangan ng solid-state battery, kapansin-pansin dahil sa maagang pagpasok nito sa larangan, at sa pagiging independiyente mula sa mas malalaking tagagawa ng baterya na sumusubok din ng solid-state technology, tulad ng CATL (300750.SZ), Samsung, o LG Energy Solution (373220.KS).
Pinagmulan: QuantumScape
Isang natatanging tampok ng mga baterya ng QuantumScape, na noong panahong iyon ay itinuturing na rebolusyonaryo, ay ang paggamit ng anode-free na disenyo. Pinapayagan nito ang humigit-kumulang 15-minutong mabilis na pag-charge (10-80% sa 45 ºC) at ang separator ay hindi nasusunog at hindi nasusunog.
Pinagmulan: QuantumScape
Naglalagay din ito ng mga baterya ng QuantumScape sa isang liga ng kanilang sarili pagdating sa energy density at bilis ng pag-charge, na malaki ang pag-angat kumpara sa mga nangunguna tulad ng Tesla (parehong sariling disenyo at mga gawa ng CATL).
Pinagmulan: QuantumScape
Gayunpaman, ang mga kahanga-hangang performance na ito ay regular na napipigil ng kahirapan sa pagtaas ng produksyon. Pinilit din nitong ubusin ang cash pile ng kumpanya, na nagdulot ng dilution sa mga dating investors at pagbaba ng presyo ng mga shares.
Mukhang nagbabago na ito, mula nang ang kasunduan noong 2024 sa PowerCo, ang dibisyon ng baterya ng Volkswagen Group, para sa isang licensing deal para sa disenyo at mass production ng mga baterya ng QuantumScape ng PowerCo.
Sa ilalim ng non-exclusive licensing deal, maaaring mag-manufacture ang PowerCo ng hanggang 40 gigawatt-hours bawat taon ng mga baterya para sa electric vehicle, na may opsyon na palawakin hanggang 80 GWh bawat taon.
Ang biglaang pag-scale-up ng produksyon ng QuantumScape ay tila konektado sa Cobra, ang susunod na henerasyon ng solid-state battery separator equipment ng kumpanya, isang breakthrough sa paggawa ng ceramics.
Sa pangkalahatan, inaasahang maisasama ang Cobra sa produksyon sa 2025 at ang unang tapos na EV na gumagamit ng QuantumScape batteries ay dapat maiproduce sa 2026.
Pinagmulan: QuantumScape
Maaaring ito ay isang turning point para sa kumpanya, na mula sa 16 taon matapos ang pagkakatatag ay lumipat mula sa isang promising startup na may kawili-wiling IP patungo sa pagbuo ng lumalaking kita mula sa pakikipagtulungan sa isa sa pinakamalalaking automaker sa mundo.
Sa pansamantala, dapat pa ring asahan ng mga mamumuhunan ang ilang volatility sa presyo ng stock, ngunit may liwanag sa dulo ng tunnel ng pag-develop ng produkto.
Pinakabagong Balita sa QuantumScape
Sanggunian ng Pag-aaral:
1. Se Hwan Park, at iba pa. (2025) Pagkabigo na Dulot ng Filament sa Lithium-Reservoir-Free Solid-State Batteries. ACS Energy Letters. Pebrero 22, 2025 https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.5c00004
2. Se Hwan Park, at iba pa. (2024). Kinetika ng Lithium sa Ag–C Porous Interlayer sa Reservoir-Free Solid-State Batteries.Advanced Energy Materials. 19 Disyembre 2024 https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202405129
3. Stephanie Elizabeth Sandoval, at iba pa. (2025). Electro-chemo-mechanics ng anode-free solid-state batteries.Nature Materials. 02 Enero 2025 https://www.nature.com/articles/s41563-024-02055-z
