Solid-state batterijen: voor-, nadelen en markttrends

Wat is een batterij van vaste toestand?

Een vaste statenbatterij is een geavanceerde batterijtechnologie die wordt onderscheiden door het gebruik van vaste elektrolyten in plaats van de vloeibare elektrolyten en scheiders die worden gevonden in traditionele lithium-ionbatterijen. Traditionele lithium-ionbatterijen bestaan ​​uit kathode- en anodematerialen, vloeibare elektrolyten en scheiders. De vaste elektrolyt in batterijen in vaste toestand biedt een veiliger alternatief voor vloeibare elektrolyten.

Voor- en nadelen van batterijen van vaste toestand

Voordelen

Hoge veiligheid : batterijen vaste toestand zijn inherent veiliger vanwege het gebruik van vaste elektrolyten. Ze voorkomen effectief de vorming van lithiumdendrieten, waardoor het risico op verbranding en explosie wordt verminderd en bijwerkingsreacties bij hoge temperaturen te elimineren.

Hoge energiedichtheid : vaste statenbatterijen zorgen voor het gebruik van metalen lithium als anodemateriaal, waardoor de energiedichtheid aanzienlijk toeneemt. Hoewel het een uitdaging is voor vloeibare elektrolytbatterijen om 500 WH/kg te overschrijden, kunnen batterijen van vaste toestand energiedichtheden van 300-400 WH/kg bereiken.

Lange cyclusleven : de vaste elektrolyt behandelt problemen met betrekking tot vaste-elektrolytinterfase-vorming en lithiumdendrieten die worden gezien in vloeibare elektrolyten, waardoor de levensduur van de cyclus aanzienlijk wordt verbeterd, met potentiële levensduur van 45.000 cycli.

Nadelen

Hoge grensvlakweerstand : het zwakke contact tussen vaste elektrolyten en elektrodematerialen resulteert in een lage ionische geleidbaarheid, wat leidt tot hoge grensvlakweerstand.

Hoge kosten : momenteel zijn de productiekosten van solid-state batterijen relatief hoog en belemmeren wijdverbreide commerciële acceptatie.

Marktlandschap voor solid-state batterijen

Wereldwijde ontwikkelingstrends

Overheden wereldwijd ondersteunen actief de ontwikkeling van elektrische voertuigen en hebben duidelijke doelen en technische plannen gesteld voor de ontwikkeling van solid-state batterij. Tegen 2025 worden aanzienlijke vooruitgang in energiedichtheid verwacht met een overgang naar batterijen van vaste toestand.

China : Bedrijven zoals CATL en Prologium Technology bevinden zich in de pilootfase voor semi-solid-state batterijen, met massaproductie verwacht vóór 2025.

Japan en Zuid-Korea : Toyota wil elektrische voertuigen vrijgeven die zijn uitgerust met solid-state batterijen tegen 2022. Japanse bedrijven leiden in een solid-state batterijtechnologie.

Europa en de Verenigde Staten : grote westerse autofabrikanten investeren in startende batterij-startups zoals Solid Power en Quantumscape om voet aan de grond te krijgen op dit gebied.

Toekomstige vooruitzichten

Naarmate de technologie rijpt en de kosten dalen, wordt verwacht dat vaste statenbatterijen in 2025 de commerciële massaproductie zullen bereiken. In de komende jaren zal het gehalte aan vloeibare elektrolyten geleidelijk afnemen, waarbij volledig vaste statenbatterijen de industriestandaard worden.

Conclusie

Solid-state batterijen bieden een superieure veiligheid, hoge energiedichtheid en lange cyclusleven, die ze positioneren als een belangrijk onderdeel in toekomstige elektrische voertuigen en energieopslagsystemen. Uitdagingen met betrekking tot hoge kosten en technische hindernissen blijven echter bestaan. Door middel van wereldwijde samenwerking en onderzoek komen solid-state batterijen dichter bij de commerciële toepassing en presenteren ze nieuwe kansen en uitdagingen in de sector van de hernieuwbare energie.