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Batteries à semi-conducteurs : la voie des batteries de nouvelle génération

29 Dec, 2021

By hoppt

Batteries à semi-conducteurs

Batteries à semi-conducteurs : la voie des batteries de nouvelle génération

Le 14 mai, selon "The Korea Times" et d'autres médias, Samsung prévoit de coopérer avec Hyundai pour développer des véhicules électriques et fournir des batteries d'alimentation et d'autres pièces automobiles connectées pour les véhicules électriques Hyundai. Le média prédit que Samsung et Hyundai vont bientôt signer un protocole d'accord non contraignant sur l'approvisionnement en batteries. Il est rapporté que Samsung a présenté sa dernière batterie à semi-conducteurs à Hyundai.

Selon Samsung, lorsque sa batterie prototype est complètement chargée, elle peut permettre à une voiture électrique de parcourir plus de 800 kilomètres à la fois, avec une durée de vie de la batterie de plus de 1,000 50 fois. Son volume est XNUMX% plus petit qu'une batterie lithium-ion de même capacité. Pour cette raison, les batteries à semi-conducteurs sont considérées comme les batteries de puissance les plus appropriées pour les véhicules électriques dans les dix prochaines années.

Début mars 2020, le Samsung Institute for Advanced Study (SAIT) et le Samsung Research Center of Japan (SRJ) ont publié « Batteries au lithium métal à haute énergie et à cycle long entièrement solides activées par l'argent » dans le magazine « Nature Energy ». -Les anodes en composite de carbone" ont présenté leur dernier développement dans le domaine des batteries à semi-conducteurs.

Cette batterie utilise un électrolyte solide, qui n'est pas inflammable à haute température et peut également inhiber la croissance des dendrites de lithium pour éviter les courts-circuits de perforation. De plus, il utilise une couche composite argent-carbone (Ag-C) comme anode, qui peut augmenter la densité d'énergie à 900Wh/L, a une longue durée de vie de plus de 1000 cycles et une efficacité coulombique très élevée (charge et efficacité de décharge) de 99.8 %. Il peut conduire la batterie après un seul paiement. La voiture a parcouru 800 kilomètres.

Cependant, le SAIT et le SRJ qui ont publié l'article sont des instituts de recherche scientifique plutôt que Samsung SDI, qui se concentre sur la technologie. L'article ne clarifie que le principe, la structure et les performances de la nouvelle batterie. Il est préliminaire jugé que la batterie est encore au stade de laboratoire et sera difficile à produire en masse dans un court laps de temps.

La différence entre les batteries à semi-conducteurs et les batteries lithium-ion liquides traditionnelles est que des électrolytes solides sont utilisés à la place des électrolytes et des séparateurs. Il n'est pas nécessaire d'utiliser des anodes en graphite intercalées de lithium. Au lieu de cela, le lithium métallique est utilisé comme anode, ce qui réduit le nombre de matériaux d'anode. Alimentez des batteries avec une densité d'énergie corporelle plus élevée (>350Wh/kg) et une durée de vie plus longue (>5000 cycles), ainsi que des fonctions spéciales (telles que la flexibilité) et d'autres exigences.

Les nouvelles batteries du système comprennent des batteries à semi-conducteurs, des batteries au lithium et des batteries métal-air. Les trois batteries à semi-conducteurs ont leurs avantages. Les électrolytes polymères sont des électrolytes organiques, et les oxydes et les sulfures sont des électrolytes céramiques inorganiques.

En regardant les entreprises mondiales de batteries à semi-conducteurs, il y a des start-ups, et il y a aussi des fabricants internationaux. Les entreprises sont seules dans le système de l'électrolyte avec des croyances différentes, et il n'y a pas de tendance de flux ou d'intégration technologique. À l'heure actuelle, certaines voies techniques sont proches des conditions de l'industrialisation et la voie de l'automatisation des batteries à semi-conducteurs est en cours.

Les entreprises européennes et américaines préfèrent les systèmes polymères et oxydes. La société française Bolloré a pris les devants dans la commercialisation de batteries à semi-conducteurs à base de polymères. En décembre 2011, ses véhicules électriques alimentés par des batteries polymères à semi-conducteurs de 30 kWh + des condensateurs électriques à double couche sont entrés sur le marché des voitures partagées, ce qui était une première au monde. Batteries à semi-conducteurs commerciales pour véhicules électriques.

Sakti3, un fabricant de batteries à semi-conducteurs à couches minces d'oxyde, a été acquis par le géant britannique de l'électroménager Dyson en 2015. Il est soumis au coût de la préparation des couches minces et à la difficulté de la production à grande échelle, et il n'y a pas eu de masse produit de production depuis longtemps.

Le plan de Maxwell pour les batteries à semi-conducteurs est d'entrer d'abord sur le marché des petites batteries, de les produire en masse en 2020 et de les utiliser dans le domaine du stockage d'énergie en 2022. Dans un souci d'application commerciale rapide, Maxwell pourrait d'abord envisager d'essayer des semi- batteries solides à court terme. Pourtant, les batteries semi-solides sont plus chères et sont principalement utilisées dans des domaines de demande particuliers, ce qui rend les applications à grande échelle difficiles.

Les produits d'oxyde à couches non minces ont d'excellentes performances globales et sont actuellement en cours de développement. Taiwan Huineng et Jiangsu Qingdao sont des joueurs bien connus sur cette piste.

Les entreprises japonaises et coréennes sont plus engagées à résoudre les problèmes d'industrialisation du système sulfure. Des entreprises représentatives telles que Toyota et Samsung ont accéléré leur déploiement. Les batteries à l'état solide au sulfure (batteries lithium-soufre) ont un potentiel de développement colossal en raison de leur haute densité d'énergie et de leur faible coût. Parmi eux, la technologie de Toyota est la plus avancée. Il a publié des batteries de démonstration de niveau ampère et des performances électrochimiques. Dans le même temps, ils ont également utilisé le LGPS avec une conductivité à température ambiante plus élevée comme électrolyte pour préparer une batterie plus grande.

Le Japon a lancé un programme national de recherche et développement. L'alliance la plus prometteuse est Toyota et Panasonic (Toyota compte près de 300 ingénieurs impliqués dans le développement de batteries à semi-conducteurs). Il a déclaré qu'il commercialiserait des batteries à semi-conducteurs d'ici cinq ans.

Le plan de commercialisation des batteries tout solide développé par Toyota et NEDO commence par le développement de batteries tout solide (batteries de première génération) en utilisant les matériaux positifs et nocifs LIB existants. Après cela, il utilisera de nouveaux matériaux positifs et négatifs pour augmenter la densité d'énergie (batteries de nouvelle génération). Toyota devrait produire des prototypes de véhicules électriques à semi-conducteurs en 2022 et utilisera des batteries à semi-conducteurs dans certains modèles en 2025. En 2030, la densité d'énergie peut atteindre 500 Wh/kg pour réaliser des applications de production de masse.

Du point de vue des brevets, parmi les 20 principaux déposants de brevets pour les batteries au lithium à semi-conducteurs, les entreprises japonaises en représentaient 11. Toyota en a déposé le plus, atteignant 1,709 2.2, soit 10 fois celui du deuxième Panasonic. Les 8 premières entreprises sont toutes japonaises et sud-coréennes, dont 2 au Japon et XNUMX en Corée du Sud.

Du point de vue de la disposition globale des brevets des titulaires de brevets, le Japon, les États-Unis, la Chine, la Corée du Sud et l'Europe sont les pays ou régions clés. En plus des demandes locales, Toyota a le nombre le plus important de demandes aux États-Unis et en Chine, représentant respectivement 14.7 % et 12.9 % du total des demandes de brevets.

L'industrialisation des batteries à semi-conducteurs dans mon pays est également en constante exploration. Selon le plan d'itinéraire technique de la Chine, en 2020, elle réalisera progressivement l'électrolyte solide, la synthèse de matériaux de cathode à haute énergie spécifique et la technologie de construction en alliage de lithium à structure de cadre tridimensionnelle. Il reconnaîtra la fabrication d'échantillons de batterie unique de petite capacité de 300 Wh/kg. En 2025, la technologie de contrôle d'interface de batterie à semi-conducteurs réalisera une technologie d'échantillon et de groupe de batterie unique de grande capacité de 400 Wh/kg. On s'attend à ce que les batteries à semi-conducteurs et les batteries au lithium-soufre puissent être produites en masse et promues en 2030.

Les batteries de nouvelle génération du projet de collecte de fonds IPO de CATL comprennent des batteries à semi-conducteurs. Selon les rapports du NE Times, CATL prévoit d'atteindre la production de masse de batteries à semi-conducteurs d'ici au moins 2025.

Dans l'ensemble, la technologie du système polymère est la plus mature et le premier produit de niveau EV est né. Sa nature conceptuelle et prospective a déclenché l'accélération des investissements en recherche et développement par les retardataires, mais la limite supérieure des performances limite la croissance et le compoundage avec des électrolytes solides inorganiques sera une solution possible à l'avenir ; oxydation; Dans le système de matériaux, le développement des types à couches minces est axé sur l'expansion de la capacité et la production à grande échelle, et les performances globales des types sans film sont meilleures, ce qui est au centre de la recherche et du développement actuels ; Le système de sulfure est le système de batterie à semi-conducteurs le plus prometteur dans le domaine des véhicules électriques, mais dans une situation polarisée avec une énorme marge de croissance et une technologie immature, la résolution des problèmes de sécurité et des problèmes d'interface est au centre de l'avenir.

Les défis auxquels sont confrontées les batteries à semi-conducteurs incluent principalement :

  • Réduction des coûts.
  • Améliorer la sécurité des électrolytes solides.
  • Maintenir le contact entre les électrodes et les électrolytes pendant la charge et la décharge.

Les batteries au lithium-soufre, au lithium-air et d'autres systèmes doivent remplacer l'ensemble du cadre de la structure de la batterie, et les problèmes sont de plus en plus importants. Les électrodes positives et négatives des batteries à l'état solide peuvent continuer à utiliser le système actuel, et la difficulté de réalisation est relativement minime. En tant que technologie de batterie de nouvelle génération, les batteries à semi-conducteurs ont une sécurité et une densité d'énergie plus élevées et deviendront le seul moyen dans l'ère post-lithium.

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