Batteria elettrica per rinnovare l'industria dei veicoli elettrici?

Il quotidiano giapponese Nikkei Shimbun ha riferito il 9 dicembre che Toyota sta sviluppando una batteria allo stato solido, che può percorrere 500 chilometri una volta caricata e impiega 10 minuti per caricarsi completamente, almeno due terzi in meno rispetto ai tradizionali veicoli elettrici. Si prevede che Toyota diventerà il primo produttore al mondo di veicoli con batterie allo stato solido in produzione di massa e lancerà veicoli prototipo il prossimo anno.

Oltre alle novità di Toyota, QuantumScape, una società partecipata congiuntamente da Volkswagen e Bill Gates, ha anche rilasciato una nuova tecnologia per batterie a stato solido, che possono caricarsi dell'80% in 15 minuti, aumentare la densità di energia del 50% e resistere a una gamma più ampia di temperature fino a - 30 ℃. La Volkswagen ha dichiarato che il suo obiettivo è quello di avere una nuova linea di produzione di batterie entro il 2025.

Allora, qual è la differenza tra una batteria allo stato solido e una batteria tradizionale?

Batteria al litio tradizionale: è composta da elettrodo positivo, diaframma ed elettrodo negativo, quindi riempita con elettrolita.

Batteria allo stato solido: la batteria al litio utilizza un elettrolita solido e il materiale dell'elettrolita determina in gran parte le prestazioni della batteria al litio a stato solido.

La differenza principale tra i due è che l'elettrolita nella batteria a stato solido è solido, il che significa che il mezzo per la migrazione degli ioni di litio tra gli elettrodi positivo e negativo cambia da liquido a solido. Con il continuo aggiornamento dei materiali catodici, l'elettrolita solido può garantire un migliore coordinamento, il che favorisce il miglioramento della densità energetica del sistema batteria.

Vantaggi della batteria allo stato solido.

A causa dell'uso di elettrolita solido, rispetto alle tradizionali batterie al litio, le batterie solide hanno le caratteristiche di non combustione, resistenza alle alte temperature, non corrosione, non volatilizzazione, basso rischio di incendio e alta densità di energia.

Industrializzazione delle batterie allo stato solido.

La batteria a stato solido è considerata l'ultima soluzione all'ansia legata alla densità energetica e alla durata della batteria. La batteria allo stato solido presenta molti vantaggi, ma non è stata ampiamente utilizzata a causa del suo costo elevato e della bassa capacità di produzione.

La commercializzazione delle batterie allo stato solido potrebbe non essere così rapida come si pensa. Nel 2019, Ningde Times ha affermato di essere impegnato nello sviluppo di tutte le batterie allo stato solido e di aver prodotto campioni, ma ci vorranno 10 anni prima che siano completamente commercializzati, il che significa che sono lontani dalla produzione su larga scala.

È previsto il programma di applicazione della batteria a stato solido.

Il 2021 sarà il periodo di incubazione del mercato delle batterie allo stato solido. Verranno effettuate attività di pianificazione, ricerca e sviluppo del prodotto pertinenti e il mercato sarà ancora dominato dalle batterie ternarie.

-Dal 2021 al 2025, le batterie allo stato solido entreranno nella fase iniziale di applicazione, con una densità di energia della batteria che raggiungerà i 300-500 Wh/kg, e un piccolo numero di veicoli elettrici di fascia alta saranno dotati di batterie allo stato solido.

-Dal 2025 al 2030 o anche oltre, il mercato sarà veramente maturo, la densità energetica delle batterie allo stato solido supererà i 500 Wh/kg e la produzione su larga scala sarà davvero popolare.

In generale, tutte le batterie allo stato solido, in particolare quelle per applicazioni ad alta corrente come quelle automobilistiche, sono lontane dalla scala dell’industrializzazione e necessitano di ulteriore aggiornamento e controllo dei costi.

Perché alcuni dicono che la produzione di massa è imminente, mentre altri dicono che ci vorranno 10 anni?

Come si può immaginare, le "batterie allo stato solido" attualmente pubblicizzate per la produzione di massa non sono tutte batterie allo stato solido, ma batterie allo stato semi-solido.

Le batterie semisolide hanno solitamente un elettrolita solido su un elettrodo e un elettrolita liquido sull'altro. Molte persone che sperimentano le batterie semisolide sono per un rapido uso commerciale. Ad esempio, Toyota si è posta l’obiettivo di sviluppare batterie completamente solide per i tram, ma afferma che inizierà gradualmente con batterie “semi-solide”.

Quando Ning De disse che ci sarebbero voluti 10 anni per la produzione su larga scala, intendeva tutte le batterie allo stato solido, e quello era l'obiettivo.

Le batterie allo stato solido di Toyota e QuantumScape rappresenteranno una minaccia per le startup?

Dal punto di vista dello sviluppo delle batterie allo stato solido.

L’innovazione tecnologica delle batterie nei paesi europei e americani è guidata principalmente dalle startup. Poiché le piccole imprese sono responsabili dell’innovazione nei paesi europei e americani, e le grandi imprese risolvono i problemi dell’innovazione attraverso fusioni e acquisizioni, non è necessario effettuare esplorazioni approfondite.

Il Giappone è dominato dalle tradizionali imprese automobilistiche e meccaniche, perché le imprese tradizionali giapponesi sono molto lungimiranti e vogliono provare qualsiasi nuova tecnologia.

La Cina è entrata nel campo delle batterie a stato solido relativamente tardi. Tuttavia, riteniamo che le batterie allo stato solido non siano così impressionanti come descritto dai media. Anche se c’è un divario di 1-2 anni nella ricerca e nello sviluppo, non è sufficiente per ribaltare la posizione dell’azienda leader nel settore delle batterie.

In primo luogo, man mano che le batterie al litio diventeranno comuni, miglioreranno rapidamente. L'attuale versione liquida continuerà a migliorare, soprattutto se si ottiene un miglioramento del 30% ogni anno, 5 anni, 10 anni, l'efficienza migliorata della batteria sarà simile alla batteria a stato solido.

In secondo luogo, la tecnologia innovativa delle batterie allo stato solido può essere facilmente integrata nelle imprese. La batteria a stato solido è anche il percorso della batteria al litio. Sulla strada delle batterie al litio, queste tecnologie migliorate possono essere facilmente raccolte dalle aziende leader. Per la svolta della nuova tecnologia delle batterie, la soglia e il rischio di costruire una fabbrica sono molto alti, quindi molte persone venderanno la tecnologia a imprese leader, che possono espandere rapidamente la portata. Il divario tecnologico relativo delle batterie a stato solido è ridotto e il vantaggio di lotti di grandi dimensioni è ovviamente più importante nella commercializzazione delle batterie a stato solido.