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Festkörperbatterien werden eine Batterierevolution auslösen

November 20, 2022

Der Unterschied zwischenSolid-State-Akku und herkömmlicher Lithium-Ionen-Akku

Lithium-Ionen-Batterien sind für viele Anwendungen zur ersten Wahl geworden. Lithium-Ionen-Batterien können in Mobiltelefonen, Laptops, Elektrowerkzeugen, Elektroautos, Elektrolastwagen und -bussen und sogar Elektroflugzeugen verwendet werden. Die traditionelle Lithium-Ionen-Batterie besteht aus einer negativen Elektrode, einer positiven Elektrode, einer isolierenden Membran und einem flüssigen Elektrolyten. Brennbare flüssige Elektrolyte in Lithium-Ionen-Batterien können viele Sicherheitsprobleme verursachen, wie z. B. Elektrolytaustritt, Feuer, Explosion usw. Wie der Name schon sagt, ersetzt Festelektrolyt brennbare flüssige Elektrolyte in Festkörperbatterien, was die Sicherheit und Batterieleistung verbessert. Festkörperbatterien wurden entwickelt, um eine neue Generation von Batterien mit höherer Energiedichte, schneller Ladekapazität, geringeren Kosten und höherer Sicherheit zu schaffen.





Aktueller Stand vonFestkörperbatterien

Die potenziellen Anwendungen von Festkörperbatterien decken viele Branchen ab, einschließlich Automobil, Unterhaltungselektronik, Industrie, Luft- und Raumfahrt usw. Festkörperbatterien werden in zwei verschiedene Kategorien unterteilt: Eine davon sind Festkörperbatterien mit geringer Kapazität, die im Handel erhältlich sind vielen Anbietern und werden hauptsächlich in Produkten der Unterhaltungselektronik verwendet. Die andere sind Festkörperbatterien mit großer Kapazität, die in Elektro- und Hybridfahrzeugen (EV/HEV) verwendet werden, was die Hauptantriebskraft für die Entwicklung von Festkörperbatterien ist.



--Entwicklung für Elektrofahrzeuge

Die Verwendung von Verbrennungsmotoren (ICE) zur Stromversorgung von Automobilen hat eine mehr als 100-jährige Geschichte, aber die Ära der ICE geht zu Ende. EVs werden nach und nach Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor ersetzen, und innerhalb weniger Jahre werden EVs zum Mainstream von Automobilen werden. Elektrofahrzeuge haben jedoch viele Probleme, wie kurze Reichweite, lange Ladezeit, Kosten und Sicherheit. Derzeit sind viele Autofahrer über diese Probleme besorgt. Eine einfache Möglichkeit, die Reichweite zu erhöhen, ist die Erhöhung der Batteriekapazität. Die Batteriekapazität kann erhöht werden, indem die Anzahl der Zellen (Grundeinheiten) in jedem Batteriepaket (einer großen Batterie im Fahrzeug) erhöht wird. Aber bei dieser Methode steigen auch der Preis und das Gewicht der Batterie, und die Batterie nimmt viel Platz im Fahrzeug ein. Die Erhöhung der Energiedichte der Batterie kann eine geeignetere Lösung sein. Die Festkörperbatterietechnologie kann die Energiedichte der Batterie verbessern und somit die Anzahl der für jedes Fahrzeug erforderlichen Batterien reduzieren. Aus diesem Grund engagieren sich viele Batteriehersteller und Automobilhersteller für die Entwicklung von Festkörperbatterien. 


--Entwicklungsherausforderungen

Obwohl viele behaupten, dass Festkörperbatterien im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien viele Vorteile haben, steht ihre Entwicklung vor vielen Herausforderungen, wie z. B. niedriger Ionenleitfähigkeit, schlechter Benetzbarkeit des Festelektrolyten und hoher Arbeitstemperatur. Die endgültige Auswahl der Festelektrolytmaterialien, der zugehörigen Ausrüstung und des Produktionsprozesses wird jedoch noch untersucht.

Wenn eine Batterie eine höhere Sicherheit und eine bessere Leistung hat, kann sie im Marktwettbewerb gewinnen. Daher haben so viele Batterie- und Automobilhersteller trotz der Herausforderungen in Technologie und Lieferkette die angestrebte Roadmap für die Massenproduktion vorgeschlagen, um eine führende Position auf dem Festkörperbatteriemarkt zu sichern.

 

 

Die Zukunft vonFestkörperbatterien


--Wann werden Festkörperbatterien verfügbar sein?

Toyota plant, ab 2025 mit der Massenproduktion von Festkörperbatterien zu beginnen. QuantumScape und Panasonic planen ebenfalls die Massenproduktion von Festkörperbatterien von 2025 bis 2026, und Samsung SDI wird ebenfalls ab 2027 mit der Massenproduktion von Festkörperbatterien beginnen. Viele Hersteller von Elektrofahrzeugen wie Volkswagen, Hyundai und BMW haben in Start-ups mit Festkörperbatterien investiert und planen, innerhalb weniger Jahre Elektrofahrzeuge mit Festkörperbatterien auf den Markt zu bringen. Volkswagen plant, um das Jahr 2025 herum Elektrofahrzeuge mit Festkörperbatterien auf den Markt zu bringen und mit dem Start-up QuantumScape zu kooperieren. Wer wird also den Wettbewerb der EV-Festkörperbatterie gewinnen? 

Das Marktforschungsunternehmen Yole Développement geht davon aus, dass die Kommerzialisierung von Festkörperbatterien dank der technologischen Entwicklung und des kontinuierlichen Wachstums der Zusammenarbeit in der Lieferkette um das Jahr 2025 beginnen wird. Eine Kleinserienproduktion kann jedoch im Voraus realisiert werden. Laut den Daten von Yole Développement wird die Marktnachfrage nach Festkörperbatterien mit hoher Kapazität bis 2027 etwa 2,36 GWh erreichen und sich nach 2027 beschleunigen. Daher könnte es der erste sein, der sie in die Niedrigpreismodelle von High einführt -End-Elektro-Pkw oder als hochpreisige Batterie-Upgrade-Option. Die erfolgreiche Anwendung von Festkörperbatterien in Personenkraftwagen wird den Übergang von HEVs zu reinen Elektrofahrzeugen beschleunigen. In Zukunft werden Festkörperbatterien auf andere Anwendungen wie die Luft- und Raumfahrt ausgeweitet. Es ist eine schwierige Aufgabe, die Massenproduktion von Festkörperbatterien zu realisieren. Unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren wie Technologie, Ausstattung, Massen-/High-Yield-Fertigung und Anschlusssystem ist es für Hersteller wichtiger denn je, bei der Forschung und Entwicklung von Festkörperbatterien eng zusammenzuarbeiten. EV-Hersteller haben eine einzigartige Position in der Zusammenarbeit, weil sie mehr als 100 Millionen Dollar Kapital bereitstellen können, Festkörperbatterietechnologie verwenden müssen, um sich von der Konkurrenz abzuheben, Batterien mit großer Kapazität verwenden müssen (in jedem Fall wird eine große Anzahl von Batterien benötigt Fahrzeug und eine große Anzahl von Fahrzeugen werden jedes Jahr produziert) und verfügen über ausgereifte Verkaufs- und Vertriebsnetze.


--Perspektiven von Solid-State-Batterien

Die Festkörperbatterietechnologie wird schließlich auf das Batteriesystem der nächsten Generation angewendet. EV/HEV-Hersteller und ihre Partner haben viel geforscht und entwickelt. Bis 2025 bis 2030 werden Festkörperbatterien immer häufiger als "hochwertige" Batterien verwendet. Nach weiterer Optimierung der Technologie und Ausweitung der Massenproduktion werden Festkörperbatterien auch in anderen Bereichen Anwendung finden, ihr Wert spiegelt sich jedoch hauptsächlich im Bereich der elektrischen Transportanwendungen wider.


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