సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు: తదుపరి తరం బ్యాటరీ మార్గం

సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు: తదుపరి తరం బ్యాటరీ మార్గం

మే 14న, "ది కొరియా టైమ్స్" మరియు ఇతర మీడియా నివేదికల ప్రకారం, శాంసంగ్ ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలను అభివృద్ధి చేయడానికి మరియు హ్యుందాయ్ ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల కోసం పవర్ బ్యాటరీలు మరియు ఇతర కనెక్ట్ చేయబడిన కార్ భాగాలను అందించడానికి హ్యుందాయ్‌తో సహకరించాలని యోచిస్తోంది. బ్యాటరీ సరఫరాపై త్వరలో సామ్‌సంగ్ మరియు హ్యుందాయ్ నాన్-బైండింగ్ అవగాహన ఒప్పందంపై సంతకం చేయనున్నట్లు మీడియా అంచనా వేసింది. శాంసంగ్ తన సరికొత్త సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీని హ్యుందాయ్‌కు పరిచయం చేసినట్లు సమాచారం.

శామ్సంగ్ ప్రకారం, దాని నమూనా బ్యాటరీ పూర్తిగా ఛార్జ్ అయినప్పుడు, ఇది ఒక ఎలక్ట్రిక్ కారును ఒకేసారి 800 కిలోమీటర్ల కంటే ఎక్కువ డ్రైవ్ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది, బ్యాటరీ సైకిల్ 1,000 రెట్లు ఎక్కువ. అదే సామర్థ్యం గల లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీ కంటే దీని వాల్యూమ్ 50% చిన్నది. ఈ కారణంగా, సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు రాబోయే పదేళ్లలో ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు అత్యంత అనుకూలమైన పవర్ బ్యాటరీలుగా పరిగణించబడతాయి.

మార్చి 2020 ప్రారంభంలో, శామ్‌సంగ్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఫర్ అడ్వాన్స్‌డ్ స్టడీ (SAIT) మరియు జపాన్‌కు చెందిన శామ్‌సంగ్ రీసెర్చ్ సెంటర్ (SRJ) "నేచర్ ఎనర్జీ" మ్యాగజైన్‌లో "హై-ఎనర్జీ లాంగ్-సైక్లింగ్ ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ లిథియం మెటల్ బ్యాటరీలు వెండితో ప్రారంభించబడ్డాయి" అని ప్రచురించాయి. -కార్బన్ కాంపోజిట్ యానోడ్స్" సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీల రంగంలో తమ తాజా అభివృద్ధిని పరిచయం చేసింది.

ఈ బ్యాటరీ ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ఉపయోగిస్తుంది, ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద మండదు మరియు పంక్చర్ షార్ట్ సర్క్యూట్‌లను నివారించడానికి లిథియం డెండ్రైట్‌ల పెరుగుదలను కూడా నిరోధించగలదు. అదనంగా, ఇది సిల్వర్-కార్బన్ (Ag-C) మిశ్రమ పొరను యానోడ్‌గా ఉపయోగిస్తుంది, ఇది శక్తి సాంద్రతను 900Wh/Lకి పెంచుతుంది, 1000 కంటే ఎక్కువ చక్రాల సుదీర్ఘ చక్ర జీవితాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు చాలా ఎక్కువ కూలంబిక్ సామర్థ్యం (ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ సామర్థ్యం) 99.8%. ఇది ఒక్క చెల్లింపు తర్వాత బ్యాటరీని డ్రైవ్ చేయగలదు. కారు 800 కిలోమీటర్లు ప్రయాణించింది.

అయినప్పటికీ, పేపర్‌ను ప్రచురించిన SAIT మరియు SRJ సాంకేతికతపై దృష్టి సారించే Samsung SDI కంటే శాస్త్రీయ పరిశోధనా సంస్థలు. కథనం కొత్త బ్యాటరీ సూత్రం, నిర్మాణం మరియు పనితీరును మాత్రమే స్పష్టం చేస్తుంది. బ్యాటరీ ఇంకా ప్రయోగశాల దశలోనే ఉందని, తక్కువ వ్యవధిలో భారీ స్థాయిలో ఉత్పత్తి చేయడం కష్టమని ప్రాథమికంగా అంచనా వేయబడింది.

ఘన-స్థితి బ్యాటరీలు మరియు సాంప్రదాయ ద్రవ లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల మధ్య వ్యత్యాసం ఏమిటంటే, ఎలక్ట్రోలైట్లు మరియు సెపరేటర్లకు బదులుగా ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లు ఉపయోగించబడతాయి. లిథియం-ఇంటర్కలేటెడ్ గ్రాఫైట్ యానోడ్‌లను ఉపయోగించడం అవసరం లేదు. బదులుగా, మెటల్ లిథియం యానోడ్‌గా ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది యానోడ్ పదార్థాల సంఖ్యను తగ్గిస్తుంది. అధిక శరీర శక్తి సాంద్రత (>350Wh/kg) మరియు ఎక్కువ కాలం (>5000 చక్రాలు), అలాగే ప్రత్యేక విధులు (వశ్యత వంటివి) మరియు ఇతర అవసరాలతో పవర్ బ్యాటరీలు.

కొత్త సిస్టమ్ బ్యాటరీలలో సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు, లిథియం ఫ్లో బ్యాటరీలు మరియు మెటల్-ఎయిర్ బ్యాటరీలు ఉన్నాయి. మూడు ఘన-స్థితి బ్యాటరీలు వాటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి. పాలిమర్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు సేంద్రీయ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు, మరియు ఆక్సైడ్‌లు మరియు సల్ఫైడ్‌లు అకర్బన సిరామిక్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లు.

గ్లోబల్ సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీ కంపెనీలను చూస్తే, స్టార్టప్‌లు ఉన్నాయి మరియు అంతర్జాతీయ తయారీదారులు కూడా ఉన్నారు. కంపెనీలు వేర్వేరు నమ్మకాలతో ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థలో ఒంటరిగా ఉన్నాయి మరియు సాంకేతికత ప్రవాహం లేదా ఏకీకరణ యొక్క ధోరణి లేదు. ప్రస్తుతం, కొన్ని సాంకేతిక మార్గాలు పారిశ్రామికీకరణ పరిస్థితులకు దగ్గరగా ఉన్నాయి మరియు సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీల ఆటోమేషన్‌కు రహదారి పురోగతిలో ఉంది.

యూరోపియన్ మరియు అమెరికన్ కంపెనీలు పాలిమర్ మరియు ఆక్సైడ్ వ్యవస్థలను ఇష్టపడతాయి. ఫ్రెంచ్ కంపెనీ బోలోరే పాలిమర్-ఆధారిత సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలను వాణిజ్యీకరించడంలో ముందుంది. డిసెంబర్ 2011లో, 30kwh సాలిడ్-స్టేట్ పాలిమర్ బ్యాటరీలు + ఎలక్ట్రిక్ డబుల్-లేయర్ కెపాసిటర్లతో నడిచే దాని ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు షేర్డ్ కార్ మార్కెట్‌లోకి ప్రవేశించాయి, ఇది ప్రపంచంలోనే మొదటిసారి. EVల కోసం కమర్షియల్ సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు.

Sakti3, థిన్-ఫిల్మ్ ఆక్సైడ్ సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీ తయారీదారు, బ్రిటీష్ గృహోపకరణాల దిగ్గజం డైసన్ 2015లో కొనుగోలు చేసింది. ఇది థిన్-ఫిల్మ్ తయారీకి అయ్యే ఖర్చు మరియు భారీ-స్థాయి ఉత్పత్తి కష్టానికి లోబడి ఉంటుంది మరియు భారీ స్థాయిలో ఏదీ లేదు. సుదీర్ఘకాలం ఉత్పత్తి ఉత్పత్తి.

సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీల కోసం మాక్స్‌వెల్ ప్లాన్ ఏమిటంటే, ముందుగా చిన్న బ్యాటరీ మార్కెట్‌లోకి ప్రవేశించి, 2020లో వాటిని భారీగా ఉత్పత్తి చేసి, 2022లో శక్తి నిల్వ రంగంలో వాటిని ఉపయోగించాలి. వేగవంతమైన వాణిజ్యపరమైన అప్లికేషన్ కోసం, మాక్స్‌వెల్ ముందుగా సెమీ-ప్రయత్నాలను పరిగణించవచ్చు. స్వల్పకాలంలో ఘన బ్యాటరీలు. ఇప్పటికీ, సెమీ-సాలిడ్ బ్యాటరీలు చాలా ఖరీదైనవి మరియు ప్రధానంగా నిర్దిష్ట డిమాండ్ ఫీల్డ్‌లలో ఉపయోగించబడతాయి, ఇది పెద్ద-స్థాయి అప్లికేషన్‌లను కష్టతరం చేస్తుంది.

నాన్-థిన్-ఫిల్మ్ ఆక్సైడ్ ఉత్పత్తులు అద్భుతమైన మొత్తం పనితీరును కలిగి ఉన్నాయి మరియు ప్రస్తుతం అభివృద్ధిలో ప్రజాదరణ పొందాయి. తైవాన్ హుయినెంగ్ మరియు జియాంగ్సు కింగ్‌డావో ఇద్దరూ ఈ ట్రాక్‌లో ప్రసిద్ధ ఆటగాళ్ళు.

జపాన్ మరియు కొరియన్ కంపెనీలు సల్ఫైడ్ వ్యవస్థ యొక్క పారిశ్రామికీకరణ సమస్యలను పరిష్కరించడానికి మరింత కట్టుబడి ఉన్నాయి. టయోటా మరియు శాంసంగ్ వంటి ప్రతినిధి కంపెనీలు తమ విస్తరణను వేగవంతం చేశాయి. సల్ఫైడ్ సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు (లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలు) వాటి అధిక శక్తి సాంద్రత మరియు తక్కువ ధర కారణంగా భారీ అభివృద్ధి సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటాయి. వాటిలో టయోటా సాంకేతికత అత్యంత అధునాతనమైనది. ఇది ఆంపియర్-స్థాయి డెమో బ్యాటరీలు మరియు ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరును విడుదల చేసింది. అదే సమయంలో, వారు పెద్ద బ్యాటరీ ప్యాక్‌ను సిద్ధం చేయడానికి ఎలక్ట్రోలైట్‌గా అధిక గది ఉష్ణోగ్రత వాహకతతో LGPSని కూడా ఉపయోగించారు.

జపాన్ దేశవ్యాప్త పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి కార్యక్రమాన్ని ప్రారంభించింది. అత్యంత ఆశాజనక కూటమి టయోటా మరియు పానాసోనిక్ (సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలను అభివృద్ధి చేయడంలో టయోటాలో దాదాపు 300 మంది ఇంజనీర్లు ఉన్నారు). ఐదేళ్లలో సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలను వాణిజ్యపరంగా మారుస్తామని తెలిపింది.

టయోటా మరియు NEDO అభివృద్ధి చేసిన ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీల యొక్క వాణిజ్యీకరణ ప్రణాళిక, ఇప్పటికే ఉన్న LIB అప్‌బీట్ మరియు హానికరమైన పదార్థాలను ఉపయోగించి ఆల్-సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలను (మొదటి తరం బ్యాటరీలు) అభివృద్ధి చేయడంతో ప్రారంభమవుతుంది. ఆ తర్వాత, ఇది శక్తి సాంద్రత (తరువాతి తరం బ్యాటరీలు) పెంచడానికి కొత్త సానుకూల మరియు ప్రతికూల పదార్థాలను ఉపయోగిస్తుంది. టయోటా 2022లో సాలిడ్-స్టేట్ ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల ప్రోటోటైప్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుందని అంచనా వేయబడింది మరియు 2025లో కొన్ని మోడళ్లలో సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలను ఉపయోగిస్తుంది. 2030లో, భారీ ఉత్పత్తి అనువర్తనాలను సాధించడానికి శక్తి సాంద్రత 500Wh/kgకి చేరుకుంటుంది.

పేటెంట్ల దృక్కోణంలో, సాలిడ్-స్టేట్ లిథియం బ్యాటరీల కోసం టాప్ 20 పేటెంట్ దరఖాస్తుదారులలో, జపనీస్ కంపెనీలు 11 మందిని కలిగి ఉన్నాయి. టయోటా అత్యధికంగా దరఖాస్తు చేసుకుంది, రెండవ పానాసోనిక్ కంటే 1,709 రెట్లు 2.2కి చేరుకుంది. జపాన్‌లో 10 మరియు దక్షిణ కొరియాలో 8 సహా టాప్ 2 కంపెనీలు అన్నీ జపనీస్ మరియు దక్షిణ కొరియాకు చెందినవి.

పేటెంట్‌దారుల గ్లోబల్ పేటెంట్ లేఅవుట్ దృక్కోణంలో, జపాన్, యునైటెడ్ స్టేట్స్, చైనా, దక్షిణ కొరియా మరియు యూరప్ కీలకమైన దేశాలు లేదా ప్రాంతాలు. స్థానిక అప్లికేషన్‌లతో పాటు, టయోటా యునైటెడ్ స్టేట్స్ మరియు చైనాలో అత్యధిక సంఖ్యలో అప్లికేషన్‌లను కలిగి ఉంది, మొత్తం పేటెంట్ అప్లికేషన్‌లలో వరుసగా 14.7% మరియు 12.9% ఉన్నాయి.

నా దేశంలో సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీల పారిశ్రామికీకరణ నిరంతరం అన్వేషణలో ఉంది. చైనా యొక్క టెక్నికల్ రూట్ ప్లాన్ ప్రకారం, 2020లో, ఇది క్రమంగా సాలిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్, హై స్పెసిఫిక్ ఎనర్జీ కాథోడ్ మెటీరియల్ సింథసిస్ మరియు త్రీ-డైమెన్షనల్ ఫ్రేమ్‌వర్క్ స్ట్రక్చర్ లిథియం అల్లాయ్ నిర్మాణ సాంకేతికతను గ్రహించగలదు. ఇది 300Wh/kg చిన్న-సామర్థ్యం కలిగిన సింగిల్ బ్యాటరీ నమూనా తయారీని గుర్తిస్తుంది. 2025లో, సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీ ఇంటర్‌ఫేస్ కంట్రోల్ టెక్నాలజీ 400Wh/kg లార్జ్ కెపాసిటీ సింగిల్ బ్యాటరీ శాంపిల్ మరియు గ్రూప్ టెక్నాలజీని తెలుసుకుంటుంది. సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు మరియు లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలను 2030లో భారీగా ఉత్పత్తి చేసి ప్రచారం చేయవచ్చని భావిస్తున్నారు.

CATL యొక్క IPO నిధుల సేకరణ ప్రాజెక్ట్‌లోని తదుపరి తరం బ్యాటరీలలో సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు ఉన్నాయి. NE టైమ్స్ నివేదికల ప్రకారం, కనీసం 2025 నాటికి ఘన-స్థితి బ్యాటరీల భారీ ఉత్పత్తిని సాధించాలని CATL భావిస్తోంది.

మొత్తం మీద, పాలిమర్ సిస్టమ్ టెక్నాలజీ అత్యంత పరిణతి చెందినది మరియు మొదటి EV-స్థాయి ఉత్పత్తి పుట్టింది. దాని సంభావిత మరియు ముందుకు చూసే స్వభావం ఆలస్యంగా వచ్చిన వారిచే పరిశోధన మరియు అభివృద్ధిలో పెట్టుబడిని వేగవంతం చేసింది, అయితే పనితీరు యొక్క ఎగువ పరిమితి వృద్ధిని పరిమితం చేస్తుంది మరియు అకర్బన ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లతో సమ్మేళనం భవిష్యత్తులో సాధ్యమయ్యే పరిష్కారం; ఆక్సీకరణం; మెటీరియల్ సిస్టమ్‌లో, థిన్-ఫిల్మ్ రకాల అభివృద్ధి సామర్థ్య విస్తరణ మరియు భారీ-స్థాయి ఉత్పత్తిపై దృష్టి సారిస్తుంది మరియు ప్రస్తుత పరిశోధన మరియు అభివృద్ధిపై దృష్టి కేంద్రీకరించిన నాన్-ఫిల్మ్ రకాల మొత్తం పనితీరు మెరుగ్గా ఉంటుంది; ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల రంగంలో సల్ఫైడ్ వ్యవస్థ అత్యంత ఆశాజనకమైన సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీ సిస్టమ్, అయితే వృద్ధి మరియు అపరిపక్వ సాంకేతికతకు భారీ గది ఉన్న ధ్రువణ పరిస్థితిలో, భద్రతా సమస్యలు మరియు ఇంటర్‌ఫేస్ సమస్యలను పరిష్కరించడం అనేది భవిష్యత్తు యొక్క దృష్టి.

సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు ఎదుర్కొంటున్న సవాళ్లు ప్రధానంగా ఉన్నాయి:

• ఖర్చులు తగ్గించడం.
• ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ల భద్రతను మెరుగుపరచడం.
• ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ సమయంలో ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ల మధ్య సంబంధాన్ని నిర్వహించడం.

లిథియం-సల్ఫర్ బ్యాటరీలు, లిథియం-ఎయిర్ మరియు ఇతర వ్యవస్థలు మొత్తం బ్యాటరీ నిర్మాణ ఫ్రేమ్‌ను భర్తీ చేయాలి మరియు మరింత ముఖ్యమైన సమస్యలు ఉన్నాయి. సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీల యొక్క సానుకూల మరియు ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్‌లు ప్రస్తుత వ్యవస్థను ఉపయోగించడం కొనసాగించగలవు మరియు సాక్షాత్కారం యొక్క కష్టం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది. తదుపరి తరం బ్యాటరీ సాంకేతికతగా, ఘన-స్థితి బ్యాటరీలు అధిక భద్రత మరియు శక్తి సాంద్రతను కలిగి ఉంటాయి మరియు లిథియం అనంతర కాలంలో ఏకైక మార్గంగా మారతాయి.