Enerhiya
Sodium at Hydrogen Solid-State na mga Baterya ay Hamon sa Lithium
Idagdag ang Securities.io sa mga gusto mong mapagkunan sa Google
Paglagpas sa Lithium-Ion
Sa pag-elektripikong ng lahat ng anyo ng transportasyon, nagsisimula sa mga kotse, at sa lalong madaling panahon ay sasaklaw din ang mga trak, barko, at posibleng pati mga eroplano, ang pag-imbak ng baterya ay naging teknolohiyang susi ng dekada.
Noong una, ito ay pinangibabawan ng teknolohiyang lithium-ion, salamat sa karanasan sa paggawa nito para sa maliliit na elektronik, at sa likas na katangiang elektrikal ng lithium.
Gayunpaman, ang teknolohiyang lithium-ion ay may ilang mahahalagang isyu na maaaring maglimita sa pag-aampon nito:
- Mas mahal ito at mas bihira kaysa sa ibang mga metal, na maaaring maglimita sa aplikasyon nito sa ultra-high-density na mga baterya o mga high-end na produkto.
- May tendensiya itong bumuo ng metal dendrites na maaaring magdulot ng mapaminsalang pagkabigo at sunog ng baterya.
- Mababa ang pagganap nito sa nagyeyelong temperatura, kaya hindi angkop para sa malamig na klima at nakapirming imbakan sa malamig na mga rehiyon.
Dahil sa lahat ng mga kadahilanang ito, ang mga siyentipiko at tagagawa ng baterya ay nagsusuri ng mga alternatibong kimika. Isa sa mga ito ay ang paggamit ng sodium, isa sa mga sangkap ng napakaraming at murang asin-dagat.
Ang mga sodium-ion na baterya ay malapit nang maabot ang yugto ng mass production, kung saan ang kumpanyang CATL (300750.SZ) ang nangunguna sa larangang ito.
“Hindi ito usapin ng sodium laban sa lithium. Kailangan natin pareho. Kapag iniisip natin ang mga solusyon sa pag-iimbak ng enerhiya bukas, dapat nating isipin na ang parehong giga factory ay maaaring gumawa ng mga produkto batay sa parehong lithium at sodium na kimika,”
Shirley Meng– Propesor sa Molecular Engineering sa UChicago PME.
Gayunpaman, inaasahan na ang parehong lithium-ion at sodium-ion na baterya ay magiging hakbang patungo sa mas mataas na anyo ng teknolohiyang baterya: solid-state na mga baterya.
Noong una nakatuon sa lithium, ang solid-state na teknolohiya ay ngayon lumalawak patungo sa mga bagong direksyon. Halimbawa, tinalakay natin kanina ang posibilidad ng anode-free na solid-state na baterya na batay sa sodium.
Isang bagong pag-aaral ang nagpakita na ang metastable na anyo ng sodium solid electrolyte ay maaaring gamitin upang lumikha ng solid-state sodium na baterya na hindi lamang mas mataas ang densidad ng enerhiya kundi nagpapanatili rin ng pagganap kahit sa subzero na temperatura.
Ang gawaing ito ay isinagawa ng mga siyentipiko sa University of California, University of Chicago, at National Taiwan University of Science and Technology, at nailathala sa journal na Joule1 sa pamagat na “Metastable sodium closo-hydridoborates for all-solid-state batteries with thick cathodes”.
Mga Hamon ng Solid-State Electrolytes
Sa isang “normal” na baterya, ang cathode at anode ay pinaghiwalay ng isang liquid electrolyte. Ang electrolyte na ito ay napaka-kapaki-pakinabang, ngunit mabigat din, at pangunahing sanhi ng sunog sa mga depektibong baterya.
Ito ang dahilan kung bakit ang pagpapalit nito ng isang patong ng solidong materyal ay nagiging mas matigas ang baterya, at mas ligtas. Gayunpaman, ang pagpapanatiling matatag ng solid electrolyte at hindi ito lumobo kapag nagcha-charge o nagdi-discharge ang baterya (na nagdudulot ng pag-crack) ay naging isang suliranin.
Ang mga sodium solid electrolyte ay may karagdagang problema, dahil limitado ang kanilang ionic conductivity sa room temperature.
Maaaring alternatibo ang paggamit ng materyal tulad ng sodium hydridoborate, na kilala sa napakataas na ionic conductivity. Ngunit para diyan, ang metastable na anyo nito ay kailangang mapanatili sa isang baterya sa malakihang sukat.
“Ang metastable na estruktura ng sodium hydridoborate ay may napakataas na ionic conductivity, hindi bababa sa isang order ng magnitude na mas mataas kaysa sa naiulat sa literatura, at tatlo hanggang apat na order ng magnitude na mas mataas kaysa sa mismong precursor.”
Shirley Meng– Propesor sa Molecular Engineering sa UChicago PME.
Pagpapatatag ng Sodium Solid-State Electrolytes
Kapag gumagawa ng baterya gamit ang sodium hydridoborate, ang materyal ay may tendensiyang lumipat patungo sa isang matatag na estruktura kapag pinalamig, na naghiwalay sa NaBH4 mula sa mga molekula ng Na2B12H12.
May metastable na anyo na umiiral sa mataas na temperatura, na naghalo sa dalawang kristal, na nagpapahintulot ng mas mabilis na paggalaw ng sodium sa baterya, na nagdudulot ng mas malakas na kapasidad elektrikal.
Pinagmulan: Joule
Kapag mabilis na pinalamig, ang materyal sa metastable na anyo, nananatili ang kristal sa kanyang estruktura, sa halip na bumalik sa matatag na anyo. Ang ganitong uri ng mabilis na paglamig, na tinatawag ding quenching, ay isang mahalagang pamamaraan na ginagamit sa paggawa, partikular sa metalurhiya para sa bakal at iba pang mga metal.
Pinagmulan: Joule
Kilalang Teknik para sa Scalability
Alam na noon na upang patatagin ang isang kemikal na estruktura, ang quenching (mabilis na paglamig) ay kadalasang kapaki-pakinabang na pamamaraan. Gayunpaman, ito ay hindi pa kailanman naipakita sa isang solid-state electrolyte hanggang ngayon.
Ang katotohanang ito ay karaniwang tinatanggap na praktis ay maaaring lubos na makatulong sa paggawa ng teknik na ito na scalable at tanggapin ng mga tagagawa ng baterya.
“Dahil ang teknik na ito ay itinatag, mas maganda ang aming kakayahang mag-scale up sa hinaharap.
Kung nagmumungkahi ka ng isang bagong bagay o kung may pangangailangan na baguhin o magtatag ng mga proseso, mas magiging nag-aatubiling tanggapin ito ng industriya.
Sam Oh – A*STAR Institute of Materials Research and Engineering in Singapore.
Makapal na Electrode at Malamig na Temperatura
Karamihan sa mga disenyo ng solid-state ay sinusubukang magdisenyo ng ultra-manipis na cathode upang mapalaki ang contact surface at limitahan ang dami ng “dead” na materyal na hindi nag-iimbak ng enerhiya.
Ang quenching ay nilulutas ang isyung ito sa pamamagitan ng paglikha ng permanenteng mga butas kung saan maaaring umikot ang sodium ion.
“Ang pagsasama ng metastable phase na iyon sa isang O3-type cathode na nabalutan ng chloride-based solid electrolyte ay maaaring lumikha ng makapal, mataas-ang-areal-loading na cathodes na naglalagay ng bagong disenyo na ito lampas sa mga nakaraang sodium na baterya.”
Sam Oh – A*STAR Institute of Materials Research and Engineering in Singapore.
Lumikha ito ng kawili-wiling potensyal sa disenyo, dahil ang paggawa ng mas makapal na electrode ay dapat, sa partikular na kasong ito, mapabuti ang baterya, sa halip na mas lalong masama.
“Kapag mas makapal ang cathode, ang teoretikal na densidad ng enerhiya ng baterya – ang dami ng enerhiya na nakapaloob sa isang tiyak na lugar – ay bumubuti,”
Sam Oh – A*STAR Institute of Materials Research and Engineering in Singapore.
Sa pagsubok ng cathode, natuklasan ng mga mananaliksik na nanatili ang pagganap sa room temperature at kahit sa ilalim ng pagyeyelo—isang kapansin-pansing kalamangan para sa operasyon sa malamig na klima kumpara sa tradisyunal na liquid-electrolyte na Li-ion—bagaman ang mas malawak, system-level na kahusayan kumpara sa komersyal na Li-ion ay hindi pa naipapakita.
Hydrogen Bilang Charge Carrier
Kapag tinatalakay ang hydrogen kaugnay ng transportasyon at berdeng enerhiya, karaniwang tinutukoy natin ang dihydrogen (H2) at ang pagsunog o oksidasyon nito sa mga dedikadong makina o fuel cell.
Ngunit ang hydrogen ay maaaring magkaroon ng potensyal bilang isang pangunahing sangkap ng mga baterya sa hinaharap din, kapalit ng lithium o sodium. Sa kasong iyon, hydride (H-) ang ginagamit.
Dahil ang hydrogen ay ang pinaka-maraming elemento sa Uniberso, maaaring maging ito ay lalong kapaki-pakinabang para sa isang mundong naglalayong ganap na ma-electrify at tumakbo sa berdeng enerhiya at mga baterya.
Ang mga Chinese na mananaliksik mula sa University of Chinese Academy of Sciences, University of Science and Technology of China (USTC), Jilin University, at People’s Republic of China State Key Laboratory of Catalysis ay naghayag sa kilalang siyentipikong pagsusuri na Nature2 ang konsepto ng solid-state hydride ion battery, sa pamagat na “A room temperature rechargeable all-solid-state hydride ion battery”.
Hydride Ions
Gumagamit ang mga baterya ng negatibong charge carrier upang magdala ng mga electron sa pagitan ng anode at cathode. Sa teorya, ang mga hydride ion (H−) ay mas masigla, polarizable, at reactive kaysa sa mga kation tulad ng lithium o sodium.
Ang hydrogen ay ang pinakamaliit na atom, kaya napakagaan nito, isang mahalagang punto para sa mga baterya na ginagamit sa transportasyon.
Gayunpaman, sa kabila ng mga kilalang benepisyo na ito, ang mga hydride ion ay hindi pa nagamit sa mga baterya, dahil walang electrolyte na kayang magbigay ng kombinasyon ng mabilis na paggalaw ng ion, thermal stability, at electrode compatibility na kinakailangan ng mga sistemang ito.
Pagsasama ng Conductivity sa Stability
Ang mga mananaliksik ay nagsintetisa ng isang bagong core–shell composite hydride, 3CeH3@BaH2, kung saan ang manipis na BaH2 shell ay nakapaloob sa CeH3. Ang estrukturang ito ay sinasamantala ang mataas na hydride ion conductivity ng CeH3 at ang stability ng BaH2.
Gamit ang shell composite na ito bilang batayan, lumikha ang mga mananaliksik ng CeH2|3CeH3@BaH2|NaAlH4 all-solid-state hydride ion prototype. Ang NaAlH4, isang klasikong materyal para sa imbakan ng hydrogen, ay ginamit bilang aktibong komponent ng cathode.
Alisin ang Dendrite Magpakailanman?
Bukod sa mataas na kapasidad ng enerhiya, ang mga hydride ion ay may isa pang malaking kalamangan: salungat sa mga metalikong kation, hindi sila maaaring magsama-sama upang bumuo ng dendrites, ang pangunahing sanhi ng karamihan sa pagkabigo ng baterya matapos ang napakaraming charge-discharge cycles, na nagdudulot ng short-circuit at sunog.
Kaya maaaring ito ang paraan para sa ligtas, epektibo, at napapanatiling pag-iimbak ng enerhiya.
Gayunpaman, ang teknolohiyang ito ay mas hindi pa ganap na maunlad kumpara sa mga lithium na baterya o kahit sodium na baterya, na nangangailangan ng pag-unlad sa tibay ng disenyo na ito.
Sa ngayon, nagawang lumikha ng mga mananaliksik ng mataas na densidad ng enerhiya na 984 mAh/g sa room temperature. Ngunit ang kapasidad ng baterya ay bumaba sa 402 mAh/g pagkatapos lamang ng 20 cycles.
Ang Hinaharap ng Solid-State na mga Baterya
Sa malapit na hinaharap, ang mga baterya na gumagamit ng lithium-ion na teknolohiya ay malamang na manatiling batayan ng berdeng enerhiya at mga EV.
Gayunpaman, sa katamtamang panahon, ang solid-state na mga baterya o sodium (at solid-state sodium) ay maaaring palitan ang dominasyon ng lithium-ion, lalo na kung makakamit nila ang sapat na mataas na densidad ng enerhiya sa mas mababang presyo.
Ang mabilis na pag-charge ng solid-state na mga baterya ay maaari ring maging argumento para sa mga driver na nag-aatubiling lumipat sa EVs o sa mga komersyal na aplikasyon.
Ang tibay at pagtitiis sa malamig na temperatura ay magiging isa ring salik sa ekwasyon, na may posibleng malawak na hanay ng magkakaugnay na kimika ng baterya na magsasabay sa buong 2030s, na may ilang espesyal na baterya para sa mga EV sa malamig na klima.
Maaari kang magbasa pa tungkol sa mga paksa na ito sa aming mga sumusunod na artikulo:
Mag-swipe para mag-scroll →
| Uri ng Baterya | Densidad ng Enerhiya | Buhay ng Cycle | Gastos | Kahusayan |
|---|---|---|---|---|
| Lithium-Ion | 250–300 Wh/kg | 1,000+ cycles | Mataas | Komersyal |
| Sodium-Ion | 160–200 Wh/kg | 1,000+ cycles | Mas Mababa | Pag-scale (CATL) |
| Solid-State (Lithium) | 350–500 Wh/kg | >2,000 cycles (target) | Mataas (R&D) | Pilot (2026–27) |
| Hydride Ion | 984 mAh/g (prototype) | 20 cycles (kasalukuyan) | Hindi alam | Maagang Pananaliksik |
Solid-State Kumpanya ng Baterya
QuantumScape
QS Tsart ng Presyo
Mula nang itatag noong 2010, ang Californian na QuantumScape (QS ) ay naging kilalang startup sa larangan ng solid-state na baterya, kahanga-hanga dahil sa maagang pagpasok nito sa larangan, at sa pagiging independiyente mula sa mga mas malalaking tagagawa ng baterya na sumusunod din sa solid-state na teknolohiya, tulad ng CATL (300750.SZ), Samsung, o LG Energy Solution (373220.KS).
Pinagmulan: QuantumScape
Isang natatanging tampok ng mga baterya ng QuantumScape, na noong panahon ng pagpapakilala nito ay itinuturing na rebolusyonaryo, ay ang paggamit nito ng anode-free na disenyo.
Pinapayagan nito ang halos 15-minutong mabilis na pag-charge (10-80% sa 45 ºC) at ang separator ay hindi nasusunog at hindi nasusunog.
Pinagmulan: QuantumScape
Ito rin ay naglalagay sa mga baterya ng QuantumScape sa isang natatanging liga pagdating sa densidad ng enerhiya at bilis ng pag-charge, na lubos na nalalampasan ang mga lider tulad ng Tesla (TSLA ) (pareho ang sariling disenyo at mga gawa ng CATL).
Pinagmulan: QuantumScape
Gayunpaman, ang mga kahanga-hangang pagganap na ito ay regular na napipigil ng kahirapan sa pagtaas ng produksyon. Pinilit din nito ang kumpanya na ubusin ang kanilang cash pile, na nagdulot ng dilution ng mga dating mamumuhunan at pagbaba ng presyo ng mga shares.
Mukhang nagbabago ito mula noong 2024 na kasunduan 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 ito sa 80 GWh bawat taon.
Ang biglaang pag-scale up ng produksyon ng QuantumScape ay konektado sa Cobra, ang susunod na henerasyon na solid-state battery separator equipment ng kumpanya, isang breakthrough sa paggawa ng ceramics.
Sa pangkalahatan, ang Cobra ay dapat maisama sa produksyon sa 2025, at ang unang natapos na EV na gumagamit ng mga baterya ng QuantumScape ay dapat ma-produce sa 2026.
Pinagmulan: QuantumScape
Ito ay maaaring maging turning point para sa kumpanya, 16 taon matapos ang pagkakatatag mula sa isang promising startup na may kawili-wiling IP patungo sa pagbuo ng lumalaking kita mula sa isang partnership sa isa sa pinakamalaking automaker sa mundo.
Ang relasyon sa PowerCo ay nagiging mas malapit sa 2025, na na may solid-state na baterya na ginamit sa isang Ducati motorbike, at dahil magbibigay ang PowerCo ng hanggang $131 milyon sa mga bagong bayad sa susunod na dalawang taon kapag naabot ng joint scale-up team ang ilang milestones.
“Ang pinalawak na kasunduang ito ay malinaw na senyales ng lumalaking estratehikong, teknikal, at pinansyal na pagkakahanay sa pagitan ng dalawang kumpanya.
Ipinapakita nito ang aming pinagsamang tiwala sa QSE-5 bilang isang game-changing platform para sa industriya ng baterya.
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.
(Maaari mo ring tingnan ang iba pang mga kumpanya ng baterya sa US at sa ibang bansa sa aming artikulo Top 10 Battery Stocks na Maaaring Invest-an).
Pag-aaral na Binanggit
1. Jin An Sam Oh, et al. Metastable sodium closo-hydridoborates for all-solid-state batteries with thick cathodes. Joule. 102130. Setyembre 16, 2025. https://www.cell.com/joule/abstract/S2542-4351(25)00311-3
2. Jirong Cui, et al. A room temperature rechargeable all-solid-state hydride ion battery. Nature. 17 Setyembre 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09561-3
