Шта су чврсте{0}} батерије?

У реду, у уторак је 23:47 и управо сам добио позив са добављачем у Шенжену који покушава да ми прода „револуционарне чврсте-батерије“ које су апсолутно, 100% НИСУ чврсте-батерије. Ово је трећи пут овог месеца. уморан сам. Али такође? Ово се стално дешава јер нико заправо не објашњава шта су то.

Па идемо. Узми кафу. Или пиво. не осуђујем.

Врло брзо пре него што почнемо- моја позадина јер се људи увек питају: петљам око технологије батерија од 2016, радио сам за две компаније које су банкротиле (забавно), консултовао три које су још увек живе (једва) и тренутно се бавим истраживањем и развојем за... па, вероватно не би требало да кажем, али чули сте за њих. Два пута сам се опекао литијумским пламеном. Не препоручујем. 0/10 искуство.

Тако је. Батерија вашег телефона? Лаптоп? Електрични ауто? Све има течност унутра. Не као вода{2}}течност, више као... густа хемијска течност. Органски електролит. Звучи отмјено, али у суштини то је запаљива жбука која омогућава литијум јонима да пливају напред-назад између позитивне и негативне стране.

Ради добро! Све док не буде. Онда се запали.

Још увек имам Самсунг Галаки Ноте 7 у фиоци свог стола који чувам као подсетник. Никада га није поново укључивао након опозива. То је као мали утег за папир.

Чврста-батерија=која ту течност замењује чврстим.

То је то. То је цела ствар.

Чврсти део може бити:

Керамичке ствари (попут отменог стакла, али их је теже направити)

Полимерни ланци (мислите на стварно густу пластику, али не баш пластичну)

Сулфидна једињења (ова успут страшно миришу, као покварена јаја хиљаду пута)

Ох и забавна чињеница коју сам научио на тежи начин - неки од ових материјала реагују са влагом у ваздуху. Као насилно. Имали смо студента 2019. који је преко ноћи оставио узорак сулфидног електролита на клупи. Дошао је следећег јутра, цела ствар је била кородирана. Мирисало је на смрт. Нисмо могли да користимо ту лабораторију недељу дана.

solid-state batteries

Човече, слушам о чврстим{0}}батеријама још од... 2015? 2014? Тамо негде. Сваке године: "Још само 3 године!"

Постао је мем у заједници батерија. Као снага фузије. Увек 10 година далеко.

Али у реду, постоје стварни разлози за бригу:

1. Они (вероватно) вам неће експлодирати у лице

Нема течности=нема течности која кључа=нема повећања притиска=нема бума.

Мислим да још увек МОГУ да пропадну. Видео сам да се то десило. Али уместо ватрене лопте добијате више као... престаје да ради и загрева се. Много боље! Био сам сведок како прототип у чврстом стању-поквари током тестирања прошле године и он је у суштини само мало надуо и умро. Са течним литијум-јоном морамо да тестирамо иза штитова од експлозије. Другачија вибрација.

2. Више енергије у истом простору (наводно)

Тврдње су дивље. 50% више? 100% више? ко зна. На папиру математика функционише. У стварности? видећемо.

Тојота стално говори да ће имати батерије од 900 миља до 2027. или 2028. или тако нешто. Вероваћу кад буквално будем возио ауто. До тада је вапорваре.

3. Брже се пуни (можда)

Неки од керамичких електролита наводно могу поднијети много већу струју без деградације. Дакле, 10-минутна пуна пуњења.

Да ли сам видео овај рад у лабораторији? Да, једном, на дугмастој батерији величине моје сличице.

Да ли сам видео да ради на батерији{0}}величине аутомобила? Не. Нико нема. То су све симулациони подаци и тестови{3}} малих размера.

4. Траје дуже (мислимо)

Без распада течности требало би да добијете више циклуса пуњења. Обични литијум-јон је добар за отприлике 500-1000 циклуса у зависности од тога како га третирате. Солид-стате би требао бити бољи.

Али ево ствари - коју заправо још увек не ЗНАМО јер их нико не користи 10 година. Не могу да тестирам дугорочну-поузданост у лабораторији. Само мораш сачекати и видети.

О, срање, да, вероватно би требало да објасним шта је сада тамо. Моја лоша.

Обични литијум{0}}јонски (шта има у свему)

Ваш телефон, лаптоп, вероватно ваш аутомобил ако је електрични

Енергија: ~250-300 Вх/кг (то је ват-сати по килограму, штреберске јединице)

Сада је јефтино јер то радимо одувек

Апсолутно ће се запалити ако га пробушите или пренапуните

Држим канту песка у својој лабораторији за сваки случај

ЛФП батерије (литијум гвожђе фосфат)

Сигурније, неће се запалити чак и ако покушате

Мања густина енергије од - око 160-180 Вх/кг

Траје ЗАУВЕК као 3000+ пуњења

Јефтинији од других типова литијума

Мислим да је то оно што је сада у основном моделу Тесле? Не цитирај ме о томе

НМЦ/НЦА (Они скупи)

Никл манган кобалт или никл кобалт алуминијум

Високе перформансе, 250-280 Вх/кг

Користи кобалт који... да, постоји проблем дечијег рада у Конгу, цео други неред

Скупље

Бољи учинак, али нећу лагати

Чврсто{0}} стање (митско створење)

ТРАЖЕЊА 400-500 Вх/кг

Сада је много скупље

Производња је у суштини црна магија у овом тренутку

Наводно сигурније, али такође немамо довољно података

Видите, скептичан сам у вези са већином ствари, али чврсто{0}}стање има стварне предности. Нећу се претварати другачије.

Сигурност је легитимна боља.

Лично сам тестирао обе врсте. Са редовним литијум{1}}јонским, носимо штитнике за лице и свуда имамо апарате за гашење пожара. Са чврстим-прототиповима? И даље опрезно, али мање енергије "ово би могло експлодирати".

Прошлог месеца смо имали кратки спој у тестној ћелији. Један у чврстом{1}} стању се управо загрејао и престао да ради. Да је то био обичан литијум{3}}јонски, сигурно бисмо имали пожар.

Ствар величине/тежине је стварна АКО испоручују.

400 Вх/кг у производњи би било заиста револуционарно. Ваша ЕВ батерија би могла да тежи упола мање за исти опсег. ИЛИ иста тежина, дупло већи опсег.

Али то је велико ИФ. Лабораторијски резултати се не преносе увек на производњу. Дођавола, они ОБИЧНО не преводе.

Температурни учинак би требао бити бољи.

Чврсти електролити раде у ширим температурним распонима од течних. Акумулатор вашег аутомобила у Чикагу зими на -20 степени Ф? Требало би да ради боље. Лето у Аризони на 120 степени Ф? Такође боље.

Иако је забавна прича -, неки керамички електролити заправо морају да буду топли да би добро функционисали. Дакле, потребан вам је грејач за вашу батерију. Који користи моћ. Некако порази сврху лол.

Нема дендрита.

Ово је унутар бејзбола, али како год. Када пуните литијумске батерије, мали метални шиљци који се називају дендрити могу расти од једне електроде ка другој. На крају пробију сепаратор и кратко споје батерију. Тако умире већина литијум{3}}јонских батерија.

Чврсти електролити би требало да блокирају дендрите. Тврди материјали, не могу се пробити. У теорији.

У пракси? Ех. Видели смо да дендрити расту кроз неке чврсте електролите. Наука о материјалима је тешка.

solid-state batteries

У реду, вежите се јер ћу овде наљутити неке људе.

Тренутно једва да раде.

Извините! Истина је! Већина „пробојних“ чврстих-батерија о којима сте читали у саопштењима за штампу? Они раде отприлике 10 циклуса. Можда 50 ако будеш имао среће. У савршеним лабораторијским условима. На тачно 25 степени. Уз благи поветарац са североистока.

Батерија вашег аутомобила треба да ради 1000+ циклуса у Минесоти зими и Тексасу лети и свуда између њих. Нисмо још ни близу у обиму.

Био сам на конференцији прошле године (Симпозијум о батерији у Орланду, март 2024.) и видео сам презентацију стартупа који тврди да има 500 циклуса. После су отишли у њихов штанд. Питао за детаље. Брзо су утихнули. Испоставило се да је тих 500 циклуса било на 0,1Ц пуњења са 4 сата између пуњења. Потпуно бескорисно за стварне апликације.

Производња је апсолутна ноћна мора.

Провели смо 30+ година откривајући како да литијум{1}}јонске батерије учинимо јефтиним и поузданим. Фабрике, опрема, контрола квалитета - све је укључено.

Чврсто{0}}стање? Почевши од нуле.

Различита опрема. Различити процеси. Различити начини квара. Све је теже.

Разговарао сам са типом из КуантумСцапе прошлог месеца (обојица смо били у аеродромском бару, попио је 3 пива, био је брбљав) и рекао је да њихов највећи проблем више није чак ни технологија. Смишља се како да направи 10.000 батерија које су све идентичне. Конзистентност на нивоу је ТАКО ТЕШКА.

Проблем са интерфејсом убија све.

Ово је техничко, али важно: тамо где чврсти електролит додирује чврсту електроду, добијате отпор. То је као да покушавате да прођете струју кроз две грубе површине притиснуте једна уз другу. Није сјајан контакт.

Са течним електролитом, течност испуњава све микроскопске празнине. Савршен контакт свуда. Са чврстим-на-чврстим? Не толико.

Људи покушавају све: посебне премазе, притисак, загревање, нове материјале, жртвене слојеве, тампон зоне. Још ништа не ради савршено. Свако решење ствара нове проблеме.

Пуцају и то је јако лоше.

Керамички чврсти електролити су крхки. Када се батерије пуне, оне мало набубре. Пражњење, они се смањују. Урадите ово 1000 пута и ваша керамика може да пукне.

Једна мала пукотина=празна батерија. Улази влага, перформансе опадају, игра је готова.

Видео сам прелепе чврсте{0}}ћелије које су савршено функционисале током 50 циклуса, а затим пуцале, па престале да раде. Срцепарајуће. И скупо.

Полимерни електролити не пуцају тако лако, али имају много нижу јонску проводљивост. Увек-заступите.

Цена ме тера да плачем.

Тренутне процене показују да су чврсте{0}}батерије 10-20 пута веће од трошкова обичних литијум-јонских. По кВх.

Да, трошкови ће се смањити са скалом. Увек раде. Али говоримо о ГОДИНАМА развоја и МИЛИЈАРДИ у капиталним инвестицијама пре него што дођемо до паритета трошкова.

Теслине ћелије 4680 коштају око 100 долара/кВх. Чврсто-стање би тренутно могло да кошта 1000 УСД/кВх. Можда и више. Нико не објављује праве бројеве јер су срамотни.

О, човече, ово ће бити неуредно јер има као 50+ компанија које тврде да ће „управити револуцију у батеријама“, али дозволите ми да се фокусирам на то ко заправо ради ствари:

КуантумСцапе- Вероватно најдаље за апликације у аутомобилској индустрији. Коришћење керамичког сепаратора. Подржавају ВВ и Билл Гатес. Њихове залихе су порасле са 130 на 10 долара. Јао. Али они и даље раде и показали су неке пристојне резултате тестова. Временска линија и даље измиче што је... забрињавајуће, али и реално? Не знам како да се осећам према њима искрено.

Солид Повер- БМВ и Форд подржавају. Сулфидни електролит. Последње што сам чуо да још увек имају проблема са производњом. Њихова временска линија је такође склизнула. Временски оквири свима клизну. То је омиљена забава индустрије батерија.

Самсунг СДИ- Они заправо ИМАЈУ чврсте-батерије у производњи! Али мале. За носиве уређаје. Медицинска средства. Слушни (да, то је сада реч очигледно). Ствари{6}}величине аутомобила? Још увек у развоју. Кажу 2027. Ја кажем 2029-2030 реално.

Тоиота- Ох дечко. Тојота је обећавала напредак-у чврстом стању батерија још од пре него што сам почео да радим у овој области. Они пријављују више патената него било ко други. Сваке године дају велика саопштења. Па ипак... нема производа.

ЖЕЛИМ да им верујем. Они су Тоиота. Они познају производњу. Али превари ме једном, срам те било. Превари ме 47 пута...

Рекли су 2025, па 2027, сада је 2027-2028. Ставићу новац на минимум до 2030.

Ниссан- Тиши у вези тога што заиста поштујем. Рецимо да ће имати пилот производњу до 2024-2025. Реалнији временски оквир од неких других. Мислим да радим са НАСА-ом на неким стварима? Не цитирај ме.

ЦАТЛ- Кинеска компанија, највећи светски произвођач батерија. Када се крећу, сви примећују. Они раде на чврстом-стању, али су ВЕОМА конзервативни са предвиђањима. Због чега им заправо више верујем. Они познају обим производње. Они знају шта је тешко.

СтореДот- Израелски стартуп, фокус на екстремно брзо пуњење. Цоол демо. Питање је скалирање. Увек питање.

Ту су и Факторска енергија, ПроЛогијум, Јонски материјали, Сакуу, Плава струја, Илика... буквално још десетине. Већина ће пропасти. Само тако то функционише. Покретање на батерије има стопу успеха од око 5%.

Кратак одговор:бр.

Дужи одговор:И даље не, осим ако не купујете прототип ЕВ-а за 500 хиљада долара+ или неку малу специјалну батерију за медицинску опрему.

Још дужи одговор:Самсунг има на располагању неке солидне{0}}батерије, али су скупе и мале. Говоримо о величини кованице. Није корисно за већину апликација.

Први прави потрошачки производи у чврстом{0}}атом стању ће вероватно бити:

Премиум паметни телефони- Самсунг или Аппле ће желети право на хвалисање. „Први телефон са-пуном батеријом!“ Одличан маркетинг. Вероватно 2026-2027.

Ограничена производња ЕВ- Неки луксузни бренд ће направити 500 јединица са чврстим-батеријама. Кошта 200 хиљада долара. Докажите да технологија функционише. 2027-2028.

Врхунски{0}}е-бицикли/скутери- Мања батерија га чини економски изводљивијим. 2026?

Масовно тржиште? Човек кога не познајем. 2030 најраније. Можда 2032-2035 да буде безбедно. Чак и тада „масовно тржиште“ може значити „опциону надоградњу за 10 хиљада долара“.

Вероватно сам песимиста. Али превише сам пута био разочаран.

Управо сада? Углавном ПоверПоинт презентације.

Али озбиљно:

Електрични аутомобили- Ово је оно што је свима стало. 500+ домет миља, 10-минутно пуњење, лакши, безбеднији. То би заиста променило тржиште електричних возила. АКО се деси.

Телефони и лаптопови- Замислите да ваш телефон траје пуна 2 дана уз интензивно коришћење. Или упола мање дебљине. Или више никада нећете имати ситуације са Самсунг Ноте 7. То је сан.

Медицински имплантати- Овде се неке чврсте-батерије ВЕЋ користе! Пејсмејкерима су потребне батерије које 100% неће отказати или процурити у вашем телу. Чврсто{4}} стање је савршено за ово. Мала батерија, не мора бити јефтина, сигурност је све.

Дронови/авијација- Електричним авионима је потребна највећа могућа густина енергије. Сваки грам је битан. Чврсто{3}}стање би могло да учини електричну авијацију заиста одрживом изван малих дронова.

Грид Стораге- Можда? Али искрено за стационарно складиштење, тежина није битна. ЛФП је већ јефтин и довољно сигуран. Тешко је победити по цени. Солид{4}}требало би да буде СТВАРНО јефтин да би се овде такмичио.

Ово ме стално питају. На журкама (батеријски инжењери иду на журке у реду), на конференцијама, случајни рођаци на Фејсбуку.

Одговор: Не. Не чекајте.

Ако желите ЕВ сада, купите ЕВ одмах. Тренутни ЕВ су заиста добри! Модел 3, Ионик 5, Ф-150 Лигхтнинг, све солидне опције. Проверена технологија. Позната поузданост.

До тренутка када ће постојати приступачни{0}}електронски електрични мотори:

Већ ћете возити свој тренутни ЕВ 5+ година

Технологија ће и даље бити прва-генерација са непознатим проблемима

Инфраструктура за пуњење ће бити још боља

Цене половних електричних возила су се можда срушиле ко зна

Ако планирате да купите крајем 2027. или 2028. године? ОНДА можда сачекајте да видите шта ће заправо бити објављено. Али не стављајте свој живот на чекање.

Технологија се увек побољшава. Увек долази нешто боље "ускоро". Не могу да чекам заувек.

Чекао сам да купим 4К ТВ до 2019. Знате шта се догодило? Били су јефтинији и бољи. Али такође нисам имао 4К ТВ 6 година. Да ли је вредело? Искрено... не. Требало је само да купим један.

solid-state batteries

У реду, не лажи. Али обмањујуће.

Сви се бацају на бројеве густине енергије. "400 Вх/кг!" "500 Вх/кг!" "900 Вх/кг!"

Ево шта вам не кажу:

Тренутне литијум{0}}јонске ЋЕЛИЈЕ: 250-300 Вх/кг
Актуелни литијум{0}}јонски ПАКОВИ: 150-200 Вх/кг

Видите разлику? Пакет укључује кућиште, хлађење, ожичење, системе за управљање батеријама. Као да 30-40% тежине комплета батерија није чак ни батерија.

Потврде о-ЦЕЛЛ-у у чврстом стању: 400-500 Вх/кг
Солид Стате ПАЦК реалност: Ко зна? 250-350 Вх/кг можда?

Дакле, када Тојота каже "два пута већа густина енергије!" они упоређују најбоље{0}}бројеве ћелија са тренутним бројевима паковања. Не јабуке до јабуке.

Стварно побољшање на нивоу паковања ће вероватно бити 50-75%. Што је и даље одлично! Заиста сјајно! Али не револуцију коју маркетинг подразумева.

Такође, густина енергије није све. Густина снаге је важна (колико брзо се празните). Живот циклуса је важан. Перформансе температуре. Цена по кВх је најважнија за масовно усвајање.

Батерија која кошта 2000 УСД/кВх са 500 Вх/кг је гора од батерије која кошта 100 УСД/кВх са 250 Вх/кг. Ионако за већину апликација.

Ако сте обична особа:Заборавите{0}}да чврсто стање постоји за сада. Купите све што вам је потребно уз тренутну технологију. Добро ради.

Ако купујете ЕВ у 2025-2026:Купите сада са актуелним литијум{0}}јонским. Не чекај. Савршени будући ЕВ неће доћи довољно брзо.

Ако сте инвеститор:Ово је висок ризик, висока награда. Кладио бих се на етаблиране играче (Самсунг, Тоиота, ЦАТЛ) у односу на стартапове. Али то сам само ја. Не волим ризик{3}}јер сам видео превише покретања батерије да се руши и пали. Буквално у једном случају.

Ако сте инжењер:Уђите у ово поље! То је паклено фрустрирајуће, али заиста узбудљиво. Само будите спремни на спор напредак и много ћорсокака.

Ако планирате да купите у 2027-2028:Почните да обраћате пажњу на то ко заправо доставља, а ко само објављује. Мој новац је на Самсунг-у и можда Ниссану.

Шта НЕ радити:Не купујте „солид{0}}батерије доступне сада!“ са недоречених веб локација. Они лажу. Ако је стварно, биће у главним вестима и од великих произвођача.

Ох, и још нешто: Ако су вам потребне батерије САДА и желите нешто између обичног литијум-јонског и солидног- сна? Погледај улитијум-полимерске батерије. Нису чврсти-али су много безбеднији од стандардног ли-иона, не пропуштају и можете их набавити данас. Користи се у тонама РЦ ствари и неким телефонима. Није револуционарно, али стварно доступно лол.