Takže ideme. Daj si kávu. Alebo pivo. Ja nesúdim.
Naozaj rýchlo, než začneme- moja minulosť, pretože sa ľudia vždy pýtajú: Od roku 2016 sa zaoberám technológiou batérií, pracoval som pre dve spoločnosti, ktoré skrachovali (zábavné časy), konzultoval som pre tri, ktoré ešte žijú (sotva) a v súčasnosti robím výskum a vývoj pre... no asi by som to nemal hovoriť, ale už ste o nich počuli. Dvakrát som sa popálil lítiovým ohňom. Neodporúčam to{5}}/10.
Čo je to do pekla pevná-batéria?
Presne tak. Batéria vášho telefónu? laptop? Elektrické auto? Všetko sa dostalo dovnútra. Nie ako vodná-kvapalina, skôr ako... hustá chemická kvapalina. Organický elektrolyt. Znie to fantasticky, ale v podstate ide o horľavú zmes, ktorá umožňuje lítiovým iónom plávať tam a späť medzi pozitívnou a negatívnou stranou.
Funguje dobre! Kým sa tak nestane. Potom sa zapáli.
Stále mám v zásuvke na stole Samsung Galaxy Note 7, ktorý si uchovávam ako pripomienku. Po odvolaní ho už nikdy nezapol. Je to ako malé ťažítko s nebezpečenstvom požiaru.
Batéria v tuhom stave-=nahradením tejto kvapaliny tuhou.
To je všetko. To je celé.
Pevná časť môže byť:
Keramické predmety (ako ozdobné sklo, ale ťažšie sa vyrábajú)
Polymérové reťaze (predstavte si skutočne hustý plast, ale nie naozaj plastový)
Sulfidové zlúčeniny (mimochodom Hrozne páchnu, ako tisíckrát zhnité vajcia)
A ešte zábavnejšie, naučil som sa tvrdo - niektoré z týchto materiálov reagujú s vlhkosťou vo vzduchu. Ako nasilu. V roku 2019 sme mali študenta, ktorý nechal vzorku sulfidového elektrolytu cez noc na lavičke. Prišiel na druhý deň ráno, celá vec bola v podstate skorodovaná. Voňal ako smrť. Týždeň sme to laboratórium nemohli použiť.
Prečo o nich každý nezatvorí hubu
Kámo, počúvam o pevných-batériách od... 2015? 2014? Niekde naokolo. Každý jeden rok: "Už len 3 roky!"
V komunite batérií sa to stalo memom. Ako fúzna energia. Vždy o 10 rokov ďalej.
Ale dobre, EXISTUJÚ skutočné dôvody, prečo sa o to zaujímať:
1. Tie vám (pravdepodobne) nevybuchnú do tváre
Žiadna kvapalina=žiadna vriaca kvapalina=žiadny nárast tlaku=žiadne rameno.
Myslím tým, že stále MÔŽU zlyhať. Videl som, že sa to stalo. Ale namiesto ohnivej gule dostanete skôr... prestane fungovať a zahreje sa. Oveľa lepšie! Minulý rok som bol svedkom toho, že prototyp v pevnom stave-zlyhal počas testovania a v podstate len trochu nafúkol a zomrel. S tekutým lítium-iónom musíme testovať za ochrannými štítmi. Iná atmosféra.
2. Viac energie v rovnakom priestore (vraj)
Nároky sú divoké o . 50 % viac? 100% viac? Ktovie. Na papieri matematika funguje. V realite? Uvidíme.
Toyota stále hovorí, že do roku 2027 alebo 2028 bude mať batérie na 900 míľ. Uverím, keď budem auto doslova šoférovať. Dovtedy je to vaporware.
3. Nabíja sa rýchlejšie (možno)
Niektoré keramické elektrolyty údajne dokážu zvládnuť oveľa väčší prúd bez toho, aby sa znehodnotili. Takže ako 10-minútové plné nabitie.
Videl som túto prácu v laboratóriu? Áno, raz, na gombíkovej batérii veľkosti mojej miniatúry.
Videl som to fungovať na batérii-veľkosti auta? Nie. Nikto nemá. Všetko sú to údaje zo simulácie a malé-testy.
4. Vydrží dlhšie (myslíme)
Bez rozpadu kvapaliny by ste mali získať viac nabíjacích cyklov. Bežný lítium-ión stačí na 500-1000 cyklov v závislosti od toho, ako s ním zaobchádzate. Pevný stav by mal fungovať lepšie.
Ale tu je vec -, ktorú v skutočnosti ešte nevieme, pretože ich nikto nepoužíva už 10 rokov. V laboratóriu sa nedá otestovať-dlhodobá spoľahlivosť. Musíte len počkať a uvidíte.
Počkajte, s čím to vôbec porovnávame?
Ach sakra áno, asi by som mal vysvetliť, čo tam teraz je. Môj zlý.
Bežný lítium{0}}ión (čo všetko obsahuje)
Váš telefón, notebook, pravdepodobne vaše auto, ak je elektrické
Energia: ~250-300 Wh/kg (to sú watthodiny na kilogram, jednotky blbcov)
Lacná výroba teraz, pretože sme to robili navždy
Úplne sa vznieti, ak ho prepichnete alebo prebijete
Pre každý prípad mám v laboratóriu vedro piesku
Batérie LFP (lítium-železofosfát)
Bezpečnejšie, v skutočnosti sa nevznieti, aj keď sa o to pokúsite
Nižšia hustota energie ako - okolo 160 – 180 Wh/kg
Vydrží FOREVER ako 3000+ poplatkov
Lacnejšie ako iné typy lítia
Myslím, že toto je teraz v základnom modeli Tesly? Necituj ma v tom
NMC/NCA (Tie drahé)
Nikel-mangánový kobalt alebo nikel-kobaltový hliník
Vysoký výkon, 250-280 Wh/kg
Používa kobalt, ktorý... áno, v Kongu sú problémy s detskou prácou, úplne iný chaos
Drahšie
Lepší výkon, ale nebudem klamať
Pevný-stav (mýtický tvor)
NÁROKY 400-500 Wh/kg
Momentálne oveľa drahšie
Výroba je v tomto bode v podstate čierna mágia
Údajne bezpečnejšie, ale tiež nemáme dostatok údajov
Dobre, ale čo je na nich vlastne dobré?
Pozrite, k väčšine vecí som skeptický, ale pevný{0}}stav má skutočné výhody. Nebudem predstierať opak.
Bezpečnosť je zákonite lepšia.
Osobne som testoval oba typy. S bežným lítium{1}}iónom nosíme tvárové štíty a všade máme hasiace prístroje. S prototypmi v-pevnom stave? Stále opatrní, ale menej energie "toto by mohlo explodovať".
Minulý mesiac sme mali skrat v testovacej bunke. Polovodičový-prvok sa práve zahrial a prestal fungovať. Keby to bol obyčajný lítium-ión, určite by sme mali oheň.
Veľkosť/hmotnosť je skutočná, AK dodajú.
400 Wh/kg vo výrobe by bolo skutočne revolučných. Vaša batéria EV by mohla vážiť o polovicu menej pri rovnakom dojazde. ALEBO rovnaká hmotnosť, dvojnásobný rozsah.
Ale to je veľké IF. Laboratórne výsledky sa nie vždy premietnu do produkcie. Dočerta, ZVYČAJNE neprekladajú.
Teplotný výkon by mal byť lepší.
Pevné elektrolyty pracujú v širších teplotných rozsahoch ako kvapalné. Vaša autobatéria v zime v Chicagu pri teplote -20 stupňov F? Mal by fungovať lepšie. Arizonské leto pri 120 stupňoch F? Tiež lepšie.
Aj keď je to zábavný príbeh -, niektoré keramické elektrolyty v skutočnosti musia byť udržiavané V TEPLE, aby dobre fungovali. Takže potrebujete ohrievač pre vašu batériu. Ktorý využíva silu. Trochu marí účel lol.
Žiadne dendrity.
Toto je v baseballe, ale čo už. Keď nabíjate lítiové batérie, malé kovové hroty nazývané dendrity môžu rásť od jednej elektródy k druhej. Nakoniec prerazia separátor a skratujú batériu. Takto sa vybije väčšina lítium-iónových batérií.
Pevné elektrolyty majú blokovať dendrity. Tvrdé materiály, neprepichnú. Teoreticky.
V praxi? Eh Videli sme rast dendritov cez niektoré pevné elektrolyty. Veda o materiáloch je náročná.
Problémy, ktoré každý ignoruje (ale ja nebudem)
Dobre, pripútaj sa, pretože tu naštvem niektorých ľudí.
Momentálne sotva fungujú.
Prepáč! Je to pravda! Väčšina „prelomových“ polovodičových-batérií, o ktorých ste čítali v tlačových správach? Pracujú asi 10 cyklov. Možno 50, ak budete mať šťastie. V perfektných laboratórnych podmienkach. Presne na 25 stupňov. S miernym vánkom od severovýchodu.
Batéria vášho auta musí fungovať počas 1000+ cyklov v zime v Minnesote av lete v Texase a všade medzi nimi. Ešte nie sme ani blízko v mierke.
Minulý rok som bol na konferencii (Battery Symposium v Orlande, marec 2024) a videl som prezentáciu startupu s nárokom na 500 cyklov. Potom išli do ich stánku. Požiadal o podrobnosti. Utichli naozaj rýchlo. Ukázalo sa, že týchto 500 cyklov bolo pri rýchlosti nabíjania 0,1 C so 4 hodinami medzi nabíjaniami. Pre reálne aplikácie úplne nepoužiteľné.
Výroba je absolútna nočná mora.
Strávili sme 30+ roky zisťovaním, ako vyrobiť lítium-iónové batérie lacnými a spoľahlivými. Továrne, vybavenie, kontrola kvality - to všetko je nastavené.
Pevný-stav? Počnúc od nuly.
Rôzne vybavenie. Rôzne procesy. Rôzne režimy zlyhania. Všetko je ťažšie.
Minulý mesiac som sa rozprával s chlapíkom z QuantumScape (obaja sme boli v letiskovom bare, dal si asi 3 pivá, pokecal) a povedal, že ich najväčším problémom už nie je ani technológia. Zisťuje, ako vyrobiť 10 000 batérií, ktoré sú všetky identické. Konzistencia v mierke je TAK ŤAŽKÁ.
Problém s rozhraním zabíja každého.
Je to technické, ale dôležité: tam, kde sa pevný elektrolyt dotkne pevnej elektródy, dostanete odpor. Je to ako snažiť sa preniesť elektrinu cez dva drsné povrchy zlisované k sebe. Nie skvelý kontakt.
Kvapalným elektrolytom kvapalina vyplní všetky mikroskopické medzery. Všade dokonalý kontakt. S pevným-zapnutým-pevným? Toľko nie.
Ľudia skúšajú všetko: špeciálne nátery, vyvíjanie tlaku, zahrievanie, nové materiály, obetné vrstvy, nárazníkové zóny. Zatiaľ nič nefunguje dokonale. Každé riešenie vytvára nové problémy.
Praskajú a to je naozaj zlé.
Keramické tuhé elektrolyty sú krehké. Keď sa batérie nabíjajú, mierne napučiavajú. Vybíjajú sa, zmenšujú sa. Urobte to 1000-krát a vaša keramika môže prasknúť.
Jedna malá prasklina=vybitá batéria. Vlhkosť sa dostane dovnútra, výkon klesne, hra sa skončí.
Videl som nádherné bunky v tuhom stave-, ktoré perfektne fungovali 50 cyklov, potom praskli a potom prestali fungovať. Srdcervúce. A drahé.
Polymérne elektrolyty nepraskajú tak ľahko, ale majú oveľa nižšiu iónovú vodivosť. Vždy-vymeňte.
Z tej ceny sa mi chce plakať.
Súčasné odhady uvádzajú, že polovodičové batérie sú 10-20-krát vyššie ako bežné lítium-iónové batérie. Za kWh.
Áno, náklady budú klesať s rozsahom. Vždy to robia. Ale hovoríme o ROKOCH vývoja a MILIARDÁCH kapitálových investícií, kým sa dostaneme k parite nákladov.
4680 články od Tesly stoja okolo 100 $/kWh. Pevný-stav môže byť momentálne 1 000 USD/kWh. Možno aj viac. Nikto nezverejňuje skutočné čísla, pretože sú trápne.
Kto vlastne robí tieto veci? (A kto o tom len hovorí)
Och, dobre, bude to chaotické, pretože niekoľko spoločností ako 50+ tvrdí, že sa „chystajú urobiť revolúciu v batériách“, ale dovoľte mi zamerať sa na to, kto v skutočnosti niečo robí:
QuantumScape- Pravdepodobne najďalej pre automobilové aplikácie. Použitie keramického separátora. S podporou VW a Billa Gatesa. Ich akcie vzrástli zo 130 na 10 dolárov. Ou. Ale stále fungujú a ukázali slušné výsledky testov. Časová os však stále klesá, čo je... znepokojujúce, ale aj realistické? Neviem, čo k nim mám úprimne cítiť.
Pevná sila- BMW a Ford podporili. Sulfidový elektrolyt. Naposledy som počul, že stále majú výrobné problémy. Ich časová os sa tiež pošmykla. Časové osy každého skĺznu. Je to obľúbená zábava v priemysle batérií.
Samsung SDI- V skutočnosti MAJÚ pevné-batérie vo výrobe! Ale maličké. Pre nositeľné zariadenia. Lekárske prístroje. Počuteľné (áno, to je teraz zrejme slovo). Veci veľkosti auta?- Stále vo vývoji. Hovorí sa 2027. Ja hovorím 2029-2030 reálne.
Toyota- Ach chlapče. Spoločnosť Toyota sľubuje prelomové-prelomové riešenia pre batérie ešte predtým, ako som začal pracovať v tejto oblasti. Podávajú viac patentov ako ktokoľvek iný. Každý rok robia veľké oznámenia. A predsa... žiadne produkty.
CHCEM im veriť. Sú to Toyota. Poznajú výrobu. Ale raz ma oklam, hanba ti. Oklam ma 47 krát...
Povedali 2025, potom 2027, teraz je to 2027-2028. Dám peniaze minimálne do roku 2030.
Nissan- Som o tom tichší, čo skutočne rešpektujem. Povedzme, že budú mať pilotnú výrobu v rokoch 2024-2025. Realistickejšia časová os ako niektoré iné. Myslím, že spolupracujete s NASA na niektorých veciach? Necituj ma.
CATL- Čínska spoločnosť, najväčší výrobca batérií na svete. Keď sa pohnú, každý si to všimne. Pracujú na pevnom-stave, ale pri predpovediach sú VEĽMI konzervatívni. Čo ma núti im viac dôverovať. Poznajú rozsah výroby. Vedia, čo je ťažké.
StoreDot- Izraelský štart, zameranie na extrémne rýchle nabíjanie. Skvelé ukážky. Otázkou je škálovanie. Vždy otázka.
Nechýba Factorial Energy, ProLogium, Ionic Materials, Sakuu, Blue Current, Ilika... doslova desiatky ďalších. Väčšina zlyhá. Tak to proste funguje. Začiatky s batériou majú asi 5% úspešnosť.
Môžete si ho kúpiť práve teraz?
Krátka odpoveď:Nie
Dlhšia odpoveď:Stále nie, pokiaľ si nekúpite prototyp EV za 500 000 $ alebo nejakú malú špeciálnu batériu pre lekárske vybavenie.
Ešte dlhšia odpoveď:Spoločnosť Samsung má k dispozícii niekoľko-polovodičových batérií, sú však drahé a malé. Hovoríme o veľkosti mince. Nie je užitočné pre väčšinu aplikácií.
Prvými skutočnými spotrebiteľskými produktmi-v tuhom stave budú pravdepodobne:
Prémiové smartfóny- Samsung alebo Apple sa budú chcieť chváliť. "Prvý-telefón s pevnou batériou!" Skvelý marketing. Pravdepodobne 2026-2027.
Limitovaná výroba EV- Niektoré luxusné značky vyrobia 500 kusov s polovodičovými-batériami. Cena 200 tisíc dolárov. Dokážte, že technológia funguje. 2027-2028.
Špičkové-e{1}}bicykle/kolobežky- Vďaka menšej batérii je to ekonomicky výhodnejšie. 2026?
Masový trh? Človeče, čo najskôr neviem. 2030. Možno 2032-2035, aby sme boli v bezpečí. A dokonca aj potom „masový trh“ môže znamenať „voliteľný upgrade za 10 000 dolárov“.
Asi som pesimista. Ale príliš veľakrát som bol sklamaný.
Na čo sa vlastne budú používať?
práve teraz? Väčšinou prezentácie v PowerPointe.
Ale vážne:
Elektrické autá- To je to, čo každého zaujíma. 500+ dojazd, 10-minútové nabíjanie, ľahší a bezpečnejší. Skutočne by to zmenilo trh EV. AK sa to stane.
Telefóny a notebooky- Predstavte si, že váš telefón vydrží 2 celé dni pri intenzívnom používaní. Alebo mať polovičnú hrúbku. Alebo už nikdy nebudete mať Samsung Note 7. To je ten sen.
Lekárske implantáty- Tu sa UŽ používajú niektoré-polovodičové batérie! Kardiostimulátory potrebujú batérie, ktoré 100% nezlyhajú alebo nevytečú vo vašom tele. Pevný-stav je na to ideálny. Malá batéria, nemusí byť lacná, bezpečnosť je všetko.
Drony/letectvo- Elektrické lietadlá potrebujú najvyššiu možnú hustotu energie. Na každom grame záleží. Pevný-stav by mohol spôsobiť, že elektrické letectvo bude skutočne životaschopné aj mimo malých dronov.
Grid Storage- Možno? Ale úprimne pri stacionárnom skladovaní na váhe nezáleží. LFP je už dostatočne lacné a bezpečné. Ťažko poraziť náklady. Pevný-stav by musel byť SKUTOČNE lacný, aby tu mohol konkurovať.
Mali by ste pred kúpou elektromobilu počkať na pevný-stav?
Toto sa ma neustále pýta. Na večierkoch (inžinieri batérií chodia na párty v poriadku), na konferenciách náhodní príbuzní na Facebooku.
Odpoveď: Nie. Nečakajte.
Ak chcete EV teraz, kúpte si EV teraz. Súčasné EV sú naozaj dobré! Model 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, všetko solídny výber. Osvedčená technológia. Známa spoľahlivosť.
V čase, keď už existujú cenovo dostupné-elektrické vozidlá:
Na svojom aktuálnom EV budete jazdiť už 5+ rokov
Táto technológia bude stále prvou-generáciou s neznámymi problémami
Nabíjacia infraštruktúra bude ešte lepšia
Ceny ojazdených EV sa mohli zrútiť, kto vie
Ak plánujete nákup koncom roka 2027 alebo 2028? POTOM možno počkajte, čo sa skutočne uvoľní. Ale neodkladaj svoj život.
Technológia sa neustále zlepšuje. Vždy „čoskoro“ príde niečo lepšie. Nemôžem čakať večne.
S kúpou 4K TV som čakal do roku 2019. Viete, čo sa stalo? Boli lacnejšie a lepšie. Ale tiež som nemal 4K TV 6 rokov. Stálo to za to? Úprimne... nie. Mal si kúpiť práve jeden.
Čísla energetickej hustoty sú lži (druh)
Dobre, nie klamstvá. Ale zavádzajúce.
Každý hádže okolo čísel hustoty energie. "400 Wh/kg!" "500 Wh/kg!" "900 Wh/kg!"
Tu je to, čo vám nepovedia:
Aktuálne lítium-iónové BUNKY: 250-300 Wh/kg
Aktuálne lítium-iónové BALÍČKY: 150-200 Wh/kg
Vidíte ten rozdiel? Balenie obsahuje kryt, chladenie, kabeláž, systémy správy batérií. Ako 30-40% hmotnosti batérie nie je ani batéria.
Pevný{0}}stav CELL: 400-500 Wh/kg
Solid{0}}PACK realita: Kto vie? 250-350 Wh/kg možno?
Takže keď Toyota povie "dvojnásobná hustota energie!" porovnávajú najlepšie-čísla buniek s číslami aktuálnych balíkov. Nie jablká k jablkám.
Skutočné zlepšenie na úrovni balíka bude pravdepodobne 50-75%. Čo je stále skvelé! Naozaj skvelé! Ale nie revolúciu, ktorú marketing naznačuje.
Hustota energie tiež nie je všetko. Na hustote výkonu záleží (ako rýchlo sa vybíjate). Životnosť cyklu je dôležitá. Teplotný výkon. Cena za kWh je najdôležitejšia pre masové prijatie.
Batéria, ktorá stojí 2000 $/kWh s 500 Wh/kg je horšia ako batéria, ktorá stojí 100 $/kWh s 250 Wh/kg. Aj tak pre väčšinu aplikácií.
Moje skutočné odporúčania
Ak ste bežný človek:Zabudnite, že momentálne-pevný stav existuje. Kúpte si všetko, čo potrebujete so súčasnou technológiou. Funguje to dobre.
Ak kupujete EV v rokoch 2025-2026:Kúpte teraz so súčasným lítium{0}}iónom. Nečakaj. Dokonalý elektromobil budúcnosti nepríde dostatočne skoro.
Ak ste investor:Toto je vysoké riziko, vysoká odmena. Stavil by som na etablovaných hráčov (Samsung, Toyota, CATL) pred startupmi. Ale to som len ja. Mám odpor k riziku-pretože som videl, že priveľa spustenia batérie spadne a vyhorí. Doslova v jednom prípade.
Ak ste inžinier:Vstúpte do tejto oblasti! Je to frustrujúce, ale naozaj vzrušujúce. Len sa pripravte na pomalý postup a veľa slepých uličiek.
Ak plánujete nákup v rokoch 2027-2028:Začnite venovať pozornosť tomu, kto skutočne dodáva, oproti tomu, kto len robí oznámenia. Moje peniaze sú na Samsung a možno Nissan.
Čo NEROBIŤ:Nekupujte „pevné-batérie dostupné teraz!“ z útržkovitých webových stránok. Oni klamú. Ak je to skutočné, bude to v hlavných spravodajských serveroch a od veľkých výrobcov.
A ešte jedna vec: Ak potrebujete batérie HNEĎ a chcete niečo medzi bežným lítium-iónovým iónom a polovodičovým- snom? Pozrite sa dolítium-polymérové batérie. Nie sú v pevnom{1}}stave, ale sú oveľa bezpečnejšie ako štandardné líh-, netečú a môžete ich získať ešte dnes. Používa sa v tonách RC vecí a niektorých telefónoch. Nie revolučné, ale skutočne dostupné lol.
