פריצת דרך של סוללה מביאה גרסאות של מצב מוצק צעד אחד קרוב יותר למציאות

סוללות מוצק כדי להשיג שליטה על EV

בעוד שסוללות ליתיום-יון הפכו לפתרון הדומיננטי עבור מערכות סוללות EV, הן סובלות מכמה מגבלות.

אחד מאלה הוא עדיין צפיפות אנרגיה לא כל כך גדולה, ואחד אחר הוא נושא בטיחותי הקשור לצמיחת דנדריטים חודרים את הסוללה והאלקטרוליט שלעיתים עולה באש.

מקור: פרס נובל

שתי הבעיות צפויות להיפתר באמצעות סוללות מוצק, המסירות את הצורך באלקטרוליטים ואת הסיכון לדנדריטים.

טויוטה חוזה את השימוש בסוללות מוצק אלה עד 2027, ובסך הכל, זה נראה מועמד מוצק עבור עתיד הניידות.

ובכל זאת, בעיה מסוימת נמשכת, בעיקר עם האלקטרוליט המוצק מסוג נופך, הידוע גם בשם Li7La3Zr2O12 או LLZO (ראה להלן).

אז זה חדשות טובות שארבעה חוקרים מאוניברסיטת מקגיל בקנדה הודיעו שהם יצרו עיצוב LLZO חדש שיכול לספק כמות מוגברת של אנרגיה. הם פרסמו את תוצאותיהם ב- Cell Reports Physical Science במאמר שכותרתו "סוללות ליתיום מתכת מבוססות נופך 4.8V עם ממשק יציב".

אלקטרוליט של מצב מוצק

LLZO

בדרך כלל אומרים שסוללות מוצק אינן זקוקות לאלקטרוליטים. זה נכון מבחינה טכנית כאשר מתייחסים לאלקטרוליט הנוזלי הנפוץ בסוללות ליתיום-יון.

אבל כמובן, כל סוללה עדיין צריכה איזשהו גשר בין האנודה לקתודה כדי לתפקד. ישנם שלושה סוגים של אלקטרוליטים במצב מוצק (SEs): קרמיקה, פולימר ו-SE מרוכבים (CSEs).

האלקטרוליטים המשולבים במצב מוצק (CSEs) מערבבים פולימר SE עם חומרי מילוי אנאורגניים מוליכים יוניים כמו Li7La3Zr2O12 (LLZO) כדי להקל על הובלת ליתיום-יון.

אמנם שיטה זו אידיאלית לפעולת מתח גבוה בסוללות צפופות, אך היא סובלת ממגע לקוי עם האלקטרודה, מה שמפחית את היעילות הכוללת.

LLZO נקבובי

מה שהחוקרים גילו, הוא שה-LLZO יכול להיות עשוי מקרום קרמי נקבובי, במקום לוחית החושים הרגילה. במונחים טכניים יותר:

כאן, אנו מתכננים אלקטרוליט מוצק מרוכב על בסיס נופך מוליך מאוד וידידותי לממשק, הכולל מסגרת נקבובית Li6.1Al0.3La3Zr2O12 מעוקבת ופוליווינילידן דיפלואוריד (PVDF) עם מבנה רציף תלת מימדי.

מבחינה ויזואלית, זה מתורגם למבנה תלת מימדי מורכב מאוד מלא חורים קטנים בקנה מידה מיקרוסקופי:

מקור: תא

זה יוצר הרבה מגע פני השטח עבור הליתיום-יון, ועדיין מציע היצמדות חזקה לאלקטרודה.

מקור: תא

סוללות יציבות ועמידות יותר

סוללות מצב מוצק הן בסך הכל הרבה יותר חזקות וצפופות באנרגיה מאשר סוללות ליתיום-יון. אבל היה קשה לייצר אותם בקנה מידה כך שהם יכולים להחזיק מעמד מחזורי טעינה-פריקה רבים מבלי לאבד קיבולת.

אז החוקרים המשיכו לבדוק את הסוללות כדי לראות אם ממשק האלקטרודה שהם יצרו היה יציב כפי שציפו.

לאחר 200 מחזורים, הם חקרו את זה תחת מיקרוסקופ ולא מצאו שמץ של השפלה, כמו פיצוח, דלמינציה וכו'.

מקור: תא

בסך הכל, אב הטיפוס של הסוללה מפגין עמידות מצוינת, במיוחד נגד היווצרות דנדריטים.

תאים סימטריים של Li-Li המבוססים על CSE מבוסס קרמיקה יכולים להסתובב ביציבות למשך 1,000 שעות ב-0.1 ו-0.5 mA cm−2, מה שמצביע על יציבות אלקטרוכימית מצוינת נגד Li-metal ואפילו Li+ שקיעת (דיכוי דנדריטים).

פרופיל בטיחות טוב יותר

היווצרות הדנדריטים המופחתת באופן דרסטי, כמו גם היעדר אלקטרוליטים דליקים, אמורים לעזור להגביר משמעותית את הבטיחות של סוללות ליתיום.

מכיוון שעובי ה-CSE המבוסס על קרמיקה הוא רק 125 מיקרומטר, זה גם הופך את הטכנולוגיה הזו לתחרותית מאוד ליצירת סוללות במצב מוצק צפופות מאוד.

כמו כן, יש לציין כי למרות שאינה פשוטה, הטכניקה המשמשת ליצירת ה-LLZO המשופר אינה דורשת מתכות נדירות, מכונות נדירות או שלבים מורכבים שאינם רגילים בייצור סוללות.

מקור: תא

אז בסך הכל, זה צריך להיות צעד חשוב בחיזוק נוסף של המאפיינים של סוללות מוצק בכל ההיבטים החשובים: יציבות, בטיחות, צפיפות אנרגיה וקלות ייצור.

האם סוללות מוצק מנצחות?

זה לא אומר שסוללות מצב מוצק יהפכו לסטנדרט החדש עבור סוללות EV בשנים הקרובות.

ייתכן שגם סוללות ליתיום-יון יוכלו להתחרות. זה קשור בעיקר לשיפור בעיצוב, כאשר ננו-נקבים דומים מסייעים בהפחתת תצורות דנדריטים.

בעיקר, סוללות חלת דבש שפותחו על ידי מובילה העולמית של ייצור סוללות CATL עשוי להגיע לפרופיל בטיחות וצפיפות אנרגיה הדומים לכמה סוללות במצב מוצק.

בסך הכל, נראה שהבנה מעמיקה יותר של חומרי הסוללה, במיוחד בקנה מידה מיקרו וננו, והשימושים בננו-נקבים יהיו הדרך קדימה להמשיך ולשפר את ביצועי הסוללה ולהסיר לתמיד את הסיכון הנגרם מהיווצרות דנדריטים.

השקעה ב-Battery Tech

סוללות ליתיום כבר שינו את העולם מספר פעמים, מאפשרות לאנשים לשאת אלקטרוניקה מתקדמת לכל מקום ועד להנעת מכוניות עם חשמל בלבד.

הם עדיין עשויים לעשות זאת שוב, או סוגים אחרים של סוללות, על ידי מתן אפשרות לרשת חשמל מתחדשת ב-100% או מתן אפשרות לחשמול מטוסים כאשר מגיעים לצפיפות אנרגיה גבוהה מספיק.

אתה יכול להשקיע בחברות הקשורות לסוללות דרך ברוקרים רבים, ותוכל למצוא כאן, ב-securities.io, את ההמלצות שלנו לברוקרים הטובים ביותר ב- ארצות הברית, קנדה, אוסטרליה, בריטניה, כמו גם מדינות רבות אחרות.

אם אתה לא מעוניין לבחור חברות סוללות ספציפיות, אתה יכול גם לבדוק תעודות סל ביוטק כמו Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), איקסים גלובליים Lithium & Battery Tech ETF (LIT), או WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF, שתספק חשיפה מגוונת יותר כדי לנצל את תעשיית הסוללות הצומחת.

חברות מדינה מוצקה

זמן רב שצפויה להיות אחת החברות הראשונות שהביאו סוללות מוצק לשוק, QuantumScape הייתה בחזית הפיתוח של טכנולוגיה זו.

סוללות QuantumScape משתמשות בסוללות מתכת ליתיום בתשלום אנודה.

סוללות ללא אנודה מאחסנות במקום את היונים במשקע אלקטרוכימי של מתכת אלקלית ישירות על קולט הזרם. זה מאפשר מתח תאים גבוה יותר, עלות תא נמוכה יותר וצפיפות אנרגיה מוגברת.

מקור: QuantumScape

(דנו גם במושג סוללות ללא אנודה בהקשר של סוללות נתרן ב"סוללות נתרן ללא אנודה עשויות להפחית את ההסתמכות על 'משולש הליתיום'").

עם זאת, QuantumScape עיכבה באופן קבוע את התאריך הצפוי לייצור המוני של הסוללות שלה, מה שמרכך את ההתלהבות הראשונית של המשקיעים מהחברה.

זה עשוי להשתנות עם כמה התפתחויות מרכזיות ב-2023 ו-2024:

• שיפור עקביות ואיכות הייצור.
• שיפור בעיצוב האריזה, כולל שוליים פנימיים הדוקים יותר, קולטי זרם דקים יותר ומסגרת דקה יותר.
• נשלח תאי יחידות עומס קתודה גבוהים לשותפים של OEM (יצרן ציוד מקורי) לרכב.
• הודיעה על השקת QSE-5, המוצר המסחרי הראשון של החברה, עם לקוח השקה פוטנציאלי בתחום הרכב.

בסך הכל, נראה כי QuantumScape היא ללא ספק חברת המצב המוצק עם הטכנולוגיה הבוגרת ביותר, במיוחד בכל הנוגע לעמידות הסוללה.

מקור: QuantumScape

עסקה בפולקסווגן

חשוב מכך, החברה מראה התקדמות אמיתית בהקמת שותפות עם פולקסווגן, ה-2^nd יצרנית הרכב הגדולה בעולם.

בחודש יולי 2024, QuantumScape חתמה עם פולקסווגן על הסכם לשיתוף פעולה בייצור תאי סוללה המבוססים על עיצוב QSE-5.

הרישיון יאפשר ל-PowerCo לייצר ולמכור סוללות רכב עד 40 GWh בשנה, הניתנות להרחבה ב-40 GWh נוספים.

זהו רישיון IP לא בלעדי, נושא תמלוגים, המאפשר ל-QuantumScape להמשיך למכור לכל לקוח פוטנציאלי אחר.

אולי חשוב יותר כדי להפיג את החרדות של המשקיעים מהחברה, היא גם תיתן עמלת תמלוגים ראשונית של 130 מיליון דולר, לזכותה כנגד תמלוגים עתידיים, ששולמו על ידי PowerCo, חברת הבת של פולקסווגן.

זה מעניק לחברה 18 חודשים נוספים של מסלולי תצוגת מזומנים בהשוואה להנחיה קודמת, עד ל-2028.

זה אמור להיות די והותר זמן להגביר את הייצור ולהתחיל לרשום הכנסות מוצקות.

אז כל עוד סוללות QuantumScape מתפקדות כראוי, הן אמורות להיות מסוגלות למצוא את הנישה שלהן בשוק לצד סוללות המיוצרות על ידי חברות גדולות יותר כמו CATL, BYD ו- Panasonic.

בהתחשב בעובדה שפולקסווגן ככל הנראה בדקה בהרחבה את אבות הטיפוס של QuantumScape משלה ולמדה את העלאת הייצור, ההסכם האחרון נראה אישור מוצק למדי לטכנולוגיה של החברה.

מקור: QuantumScape

חוץ מזה, נראה שהמועד המקביל של טויוטה לשנת 2027 למסחור של סוללות מוצק מעיד על כך שלאחר התחלות שווא רבות, הטכנולוגיה מגיעה כעת לנקודה שבה היא בשלה מספיק.