Cicho powstająca bateria półprzewodnikowa

Niedawno raport CCTV dotyczący „ładowania przez godzinę i stania w kolejce przez cztery godziny” wywołał gorące dyskusje.Żywotność akumulatorów i problemy z ładowaniem pojazdów nowych energii ponownie stały się gorącym tematem dla wszystkich.Obecnie w porównaniu z tradycyjnymi bateriami litowo-ciekłymi, baterie litowe półprzewodnikowecharakteryzujące się większym bezpieczeństwem, większą gęstością energii, dłuższą żywotnością baterii i szerszymi obszarami zastosowańpowszechnie uważane przez znawców branży za przyszły kierunek rozwoju baterii litowych.Firmy konkurują także ze sobą pod względem wyglądu.

Chociaż półprzewodnikowe akumulatory litowe nie mogą zostać skomercjalizowane w krótkim okresie, proces badawczo-rozwojowy dotyczący technologii półprzewodnikowych akumulatorów litowych prowadzony przez duże firmy staje się ostatnio coraz szybszy, a popyt rynkowy może sprzyjać masowej produkcji akumulatorów litowych stan baterii litowej przed terminem.W tym artykule przeanalizujemy rozwój rynku półprzewodnikowych akumulatorów litowych i proces przygotowania półprzewodnikowych akumulatorów litowych, a także przeanalizujemy istniejące możliwości rynku automatyki.

Półprzewodnikowe baterie litowe mają znacznie lepszą gęstość energii i stabilność termiczną niż ciekłe baterie litowe

W ostatnich latach ciągłe innowacje w dalszym obszarze zastosowań stawiały coraz wyższe wymagania branży akumulatorów litowych, a technologia akumulatorów litowych była również stale udoskonalana, zmierzając w kierunku wyższej energii właściwej i bezpieczeństwa.Z punktu widzenia ścieżki rozwoju technologii akumulatorów litowych gęstość energii, jaką mogą osiągnąć ciekłe akumulatory litowe, stopniowo zbliża się do swojej granicy, a litowe akumulatory półprzewodnikowe będą jedyną drogą rozwoju akumulatorów litowych.

Zgodnie z „Technicznym planem działania na rzecz oszczędzania energii i pojazdów o nowej energii” docelowa gęstość energii akumulatorów energetycznych wynosi 400 Wh/kg w 2025 r. i 500 Wh/kg w 2030 r.Aby osiągnąć cel na rok 2030, istniejąca ścieżka technologii akumulatorów z ciekłym litem może nie być w stanie udźwignąć odpowiedzialności.Trudno przebić pułap gęstości energii wynoszący 350 Wh/kg, ale gęstość energii półprzewodnikowych akumulatorów litowych może z łatwością przekroczyć 350 Wh/kg.

Kierując się popytem rynkowym, kraj przywiązuje również dużą wagę do rozwoju półprzewodnikowych baterii litowych.W „Planie rozwoju przemysłu nowych pojazdów energetycznych (2021–2035)” (projekt komentarzy) opublikowanym w grudniu 2019 r. proponuje się wzmocnienie badań, rozwoju i uprzemysłowienia półprzewodnikowych akumulatorów litowych oraz produkcję półprzewodnikowych akumulatorów litowych na poziom krajowy, jak pokazano w tabeli 1.

Tabela 1 Analiza porównawcza akumulatorów płynnych i akumulatorów półprzewodnikowych

Branża magazynowania energii ma szeroką przestrzeń zastosowań nie tylko w przypadku nowych pojazdów energetycznych

Pod wpływem promocji polityk krajowych szybki rozwój nowego przemysłu pojazdów energetycznych zapewni szeroką przestrzeń rozwoju dla półprzewodnikowych akumulatorów litowych.Ponadto całkowicie półprzewodnikowe akumulatory litowe są również uznawane za jeden z pojawiających się kierunków technologicznych, które mają przełamać wąskie gardło technologii elektrochemicznego magazynowania energii i zaspokoić przyszłe potrzeby rozwojowe.Jeśli chodzi o magazynowanie energii elektrochemicznej, baterie litowe stanowią obecnie 80% magazynowania energii elektrochemicznej.Skumulowana moc zainstalowana elektrochemicznych magazynów energii w 2020 r. wyniesie 3269,2 MV, co oznacza wzrost o 91% w stosunku do 2019 r. W połączeniu z wytycznymi kraju dotyczącymi rozwoju energetyki, zapotrzebowaniem na elektrochemiczne magazyny energii po stronie użytkownika, obiektami przyłączonymi do sieci OZE oraz oczekuje się, że w innych dziedzinach nastąpi szybki wzrost, jak pokazano na rys. 1.

Sprzedaż i wzrost nowych pojazdów energetycznych od stycznia do września 2021 r. Skumulowana moc zainstalowana i dynamika projektów związanych z magazynowaniem energii chemicznej w Chinach od 2014 r. do 2020 r.

Rysunek 1 Sprzedaż i rozwój nowych pojazdów energetycznych;skumulowana moc zainstalowana i tempo wzrostu projektów magazynowania energii chemicznej w Chinach

Przedsiębiorstwa przyspieszają proces badawczo-rozwojowy, a Chiny generalnie preferują systemy tlenkowe

W ostatnich latach rynek kapitałowy, firmy produkujące akumulatory i największe firmy samochodowe zaczęły zwiększać zakres badań nad półprzewodnikowymi akumulatorami litowymi, mając nadzieję na zdominowanie konkurencji w technologii akumulatorów nowej generacji.Jednakże, zgodnie z obecnym postępem, osiągnięcie dojrzałości naukowej i technologii produkcyjnej przed masową produkcją zajmie całkowicie półprzewodnikowym akumulatorom litowym 5–10 lat.Międzynarodowe koncerny samochodowe głównego nurtu, takie jak Toyota, Volkswagen, BMW, Honda, Nissan, Hyundai itp., zwiększają swoje inwestycje w badania i rozwój w technologii półprzewodnikowych akumulatorów litowych;jeśli chodzi o producentów baterii, stale rozwijają się także CATL, LG Chem, Panasonic, Samsung SDI, BYD itp.

Całkowicie półprzewodnikowe akumulatory litowe można podzielić na trzy kategorie w zależności od materiału elektrolitu: polimerowe akumulatory litowe w stanie stałym, siarczkowe akumulatory litowe w stanie stałym i tlenkowe akumulatory litowe w stanie stałym.Polimerowa bateria litowa w stanie stałym ma dobre parametry bezpieczeństwa, bateria litowa w postaci półprzewodnikowej siarczkowa jest łatwa w obróbce, a bateria litowa w postaci półprzewodnikowej tlenkowej ma najwyższą przewodność.Obecnie firmy europejskie i amerykańskie preferują systemy tlenkowe i polimerowe;Firmy japońskie i koreańskie na czele z Toyotą i Samsungiem chętniej sięgają po systemy siarczkowe;Chiny zatrudniają badaczy we wszystkich trzech systemach i generalnie preferują systemy tlenkowe, jak pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2 Schemat produkcji półprzewodnikowych akumulatorów litowych producentów akumulatorów i głównych producentów samochodów

Z punktu widzenia postępu badań i rozwoju Toyota jest uznawana za jednego z najpotężniejszych graczy na rynku półprzewodnikowych akumulatorów litowych za granicą.Toyota po raz pierwszy zaproponowała odpowiednie rozwiązania w 2008 r., kiedy nawiązała współpracę z Iliką, start-upem zajmującym się produkcją baterii litowo-przewodnikowych.W czerwcu 2020 r. pojazdy elektryczne Toyoty wyposażone w całkowicie półprzewodnikowe akumulatory litowe przeszły już testy jazdy na trasie testowej.Doszło już do etapu pozyskiwania danych dotyczących jazdy pojazdu.We wrześniu 2021 roku Toyota ogłosiła, że ​​do 2030 roku zainwestuje 13,5 miliarda dolarów w rozwój akumulatorów nowej generacji i łańcuchów dostaw akumulatorów, w tym półprzewodnikowych akumulatorów litowych.Na rynku krajowym firmy Guoxuan Hi-Tech, Qingtao New Energy i Ganfeng Lithium Industry uruchomiły w 2019 r. pilotażowe linie produkcyjne na małą skalę półstałych baterii litowych.We wrześniu 2021 r. półprzewodnikowa bateria litowa Jiangsu Qingtao 368 Wh/kg przeszła krajową rygorystyczną certyfikację kontroli, jak pokazano w tabeli 2.

Tabela 2 Plany produkcji akumulatorów półprzewodnikowych największych przedsiębiorstw

Analiza procesu półprzewodnikowych akumulatorów litowych na bazie tlenków, proces prasowania na gorąco to nowe ogniwo

Trudna technologia przetwarzania i wysokie koszty produkcji zawsze ograniczały rozwój przemysłowy półprzewodnikowych akumulatorów litowych.Zmiany procesowe półprzewodnikowych akumulatorów litowych znajdują odzwierciedlenie głównie w procesie przygotowania ogniw, a ich elektrody i elektrolity mają wyższe wymagania dla środowiska produkcyjnego, jak pokazano w tabeli 3.

Tabela 3 Analiza procesu półprzewodnikowych akumulatorów litowych na bazie tlenków

1. Wprowadzenie typowego sprzętu – prasy do laminowania na gorąco

Wprowadzenie do funkcji modelu: Prasa do laminowania na gorąco jest stosowana głównie w sekcji procesu syntezy całkowicie litowych ogniw akumulatorowych.W porównaniu z tradycyjną baterią litową proces prasowania na gorąco jest nowym ogniwem i brakuje łącznika wtrysku cieczy.wyższe wymagania.

Automatyczna konfiguracja produktu:

• Każde stanowisko wymaga zastosowania serwomotorów 3~4 osiowych, które służą odpowiednio do laminowania, laminowania i klejenia;

• Użyj HMI do wyświetlenia temperatury ogrzewania, system grzewczy potrzebuje systemu sterowania PID, który wymaga wyższego czujnika temperatury i wymaga większej ilości;

• Sterownik PLC ma wyższe wymagania dotyczące dokładności sterowania i krótszego okresu cyklu.W przyszłości model ten powinien zostać opracowany w celu uzyskania ultraszybkiego laminowania metodą gorącego tłoczenia.

Do producentów sprzętu należą: Xi'an Tiger Electromechanical Equipment Manufacturing Co., Ltd., Shenzhen Xuchong Automation Equipment Co., Ltd., Shenzhen Haimuxing Laser Intelligent Equipment Co., Ltd. i Shenzhen Bangqi Chuangyuan Technology Co., Ltd.

2. Wprowadzenie typowego sprzętu – maszyny odlewniczej

Wprowadzenie do funkcji modelu: Mieszana zawiesina proszku jest dostarczana do głowicy odlewniczej przez urządzenie automatycznego systemu podawania, a następnie nakładana za pomocą skrobaka, wałka, mikrowklęsłego i innych metod powlekania zgodnie z wymaganiami procesu, a następnie suszona w tunelu suszącym.Taśmę bazową wraz z zielonym korpusem można wykorzystać do przewijania.Po wyschnięciu surowy korpus można odkleić i przyciąć, a następnie przyciąć na szerokość określoną przez użytkownika, aby odlać półwyrób z materiału foliowego o określonej wytrzymałości i elastyczności.

Automatyczna konfiguracja produktu:

• Serwo służy głównie do przewijania i rozwijania, korygowania odchyleń, a do regulacji napięcia w miejscu przewijania i rozwijania wymagany jest regulator napięcia;

• Użyj HMI do wyświetlenia temperatury ogrzewania, system ogrzewania wymaga systemu sterowania PID;

• Przepływ wentylacji wentylatora musi być regulowany za pomocą przetwornicy częstotliwości.

Do producentów sprzętu należą: Zhejiang Delong Technology Co., Ltd., Wuhan Kunyuan Casting Technology Co., Ltd., Guangdong Fenghua High-tech Co., Ltd. – Xinbaohua Equipment Branch.

3. Wprowadzenie typowego wyposażenia – młyna piaskowego

Wprowadzenie do funkcji modelu: Jest zoptymalizowany pod kątem stosowania drobnych kulek mielących, od elastycznej dyspersji po mielenie o ultrawysokiej energii, zapewniające wydajną pracę.

Automatyczna konfiguracja produktu:

• Młyny piaskowe mają stosunkowo niskie wymagania w zakresie sterowania ruchem, generalnie nie używają serwomechanizmów, ale do procesu produkcji piasku wykorzystują zwykłe silniki niskonapięciowe;

• Użyj przetwornicy częstotliwości, aby wyregulować prędkość wrzeciona, która może sterować szlifowaniem materiałów przy różnych prędkościach liniowych, aby spełnić różne wymagania dotyczące stopnia rozdrobnienia różnych materiałów.

Do producentów sprzętu należą: Wuxi Shaohong Powder Technology Co., Ltd., Shanghai Rujia Electromechanical Technology Co., Ltd. i Dongguan Nalong Machinery Equipment Co., Ltd.