Como está o desenvolvimento atual de baterias de estado sólido?

As baterias de estado sólido referem-se às baterias produzidas com eletrodos de estado sólido e eletrólitos de estado sólido. Diferente das baterias de forma líquida existentes, elas são uma das principais direções para o desenvolvimento de novas baterias de veículos energéticos no futuro. Recentemente, quando o Grupo Volkswagen anunciou seu relatório financeiro do segundo trimestre, o CEO do Grupo Volkswagen, Herbert Diss, disse que a Volkswagen planeja produzir independentemente baterias de estado sólido, e a produção em massa pode começar em 2024 ou 2025. De acordo com o roteiro nacional "Energy-saving and New Energy Vehicle Technology Roadmap", até 2025, a densidade energética das baterias de lítio para veículos elétricos puros é de 400Wh/kg, e a meta em 2030 é de 500Wh/kg. No que diz respeito à bateria ternária atualmente amplamente utilizada, o gargalo técnico existente nesta fase dificulta o alcance das metas acima.

Se a densidade energética das baterias de lítio de energia atingir o objetivo de densidade energética superior a 500Wh/kg como programado, o sistema de baterias de eletrólitos líquidos existentes pode ser impotente. À medida que a próxima geração de tecnologia de baterias para 500Wh/kg, a pesquisa e o desenvolvimento do sistema de baterias de estado sólido tornou-se uma demanda rígida. O desenvolvimento a médio e longo prazo da nova indústria automobilística energética requer novas reservas técnicas, e espera-se que as baterias de íons de lítio de estado sólido se tornem a rota tecnológica dominante para a próxima geração de baterias de lítio de energia automotiva. Não é apenas uma importante direção de desenvolvimento para baterias secundárias no futuro, mas também uma tarefa importante no momento.

Quais são as vantagens das baterias de estado sólido em comparação com as baterias ternárias? Em primeiro lugar, em termos de densidade energética, a janela eletroquímica de eletrólitos orgânicos atualmente usados em baterias ternárias e outras baterias de íons de lítio é limitada, e é difícil ser compatível com ânodos de lítio metálico e materiais recém-desenvolvidos de alto potencial. No entanto, eletrólitos sólidos geralmente têm uma capacidade elétrica maior do que os eletrólitos orgânicos. A janela química ajuda a aumentar ainda mais a densidade de energia da bateria. Em segundo lugar, em termos de volume, uma vez que o eletrólito é substituído por um eletrólito sólido, o volume de uma bateria sólida será menor sob a mesma densidade de energia. Com a mesma quantidade de energia, as baterias de estado sólido ficarão menores. Na circunstância em que a densidade de energia permanece a mesma, a massa e o volume da bateria de estado sólido com a mesma carga serão menores do que o da bateria de eletrólito líquido. Não só isso, porque não há eletrólito na bateria de estado sólido, é mais fácil selá-lo. Ao usá-lo em equipamentos de grande escala, como automóveis, não é necessário adicionar tubos de resfriamento adicionais, controles eletrônicos, etc., o que economiza custos enquanto reduz seu próprio peso. Depois de usar um eletrólito sólido, o eletrodo negativo do grafite pode ser substituído por lítio metálico, o que reduz significativamente o peso de toda a bateria.

Do ponto de vista do layout das baterias de estado sólido em vários países, a Toyota é mais avançada em tecnologia. Lançou baterias de estado sólido de sulfeto em 2010. Em 2014, a densidade de energia do protótipo experimental da bateria atingiu 400Wh/kg. Em fevereiro de 2017, as patentes relacionadas à bateria da Toyota atingiram 30, muito maiores do que outras empresas. Segundo executivos da Toyota, a Toyota realizará a industrialização das baterias de estado sólido de sulfeto em 2020. Além disso, a Samsung também alcançou certos resultados, usando eletrólitos sólidos à base de sulfeto para produzir uma bateria secundária laminada de 2000mAh, 175Wh/kg.

A empresa nacional CATL também é relativamente madura em baterias de estado sólido de sulfeto, e atualmente está acelerando o desenvolvimento de baterias de lítio de estado sólido para EVs. Além disso, vale ressaltar que a Ganfeng Lithium concluiu recentemente o projeto de linha piloto de pesquisa e desenvolvimento de baterias de estado sólido de primeira geração, e suas amostras passaram pela inspeção do Centro de Inspeção de Automóveis do Instituto de Pesquisa de Automóveis da China, e o projeto não tem precedentes de práticas bem-sucedidas na China, que é líder internacional O avanço tecnológico deverá alcançar a produção em massa em 2019.

Em comparação com as baterias ternárias, as baterias de estado sólido têm tantas vantagens, por que não conseguiram alcançar a produção em massa? A chave para as baterias de estado sólido são os materiais de eletrólitos de estado sólido. A razão mais importante para a dificuldade no desenvolvimento de baterias de estado sólido nesta fase é a falha dos materiais eletrólitos para alcançar avanços. Nenhum dos materiais de eletrólito sólido e de polimer existentes tem alta condutividade iônica e resistência mecânica, mas também possui boas propriedades de processamento.

Os problemas técnicos das baterias de lítio de energia sempre foram o gargalo que restringe o desenvolvimento de novos veículos energéticos, e o gargalo que as baterias de estado sólido são difíceis de romper também está na tecnologia. Na concorrência acirrada de hoje na indústria de baterias de lítio, as empresas que realmente têm a última risada são muitas vezes aquelas que dominam as tecnologias principais. As baterias de estado sólido são uma importante direção de desenvolvimento tecnológico no futuro, e já é consenso da indústria. Se as empresas chinesas podem vencer a próxima "batalha dura" ainda precisa dos esforços conjuntos dos colegas do setor.