Toiteaku elektrisõidukite tööstuse värskendamiseks?

Jaapani Nikkei Shimbun teatas 9. detsembril, et Toyota arendab pooljuhtakut, mis suudab pärast laadimist läbida 500 kilomeetrit ja täislaadimiseks kulub 10 minutit, mis on vähemalt kaks kolmandikku vähem kui traditsioonilistel elektrisõidukitel. Toyotast peaks saama maailma esimene masstootmises pooljuhtakudega sõidukite tootja ning toodab järgmisel aastal turule sõidukite prototüübid.

Lisaks Toyota uudistele andis Volkswageni ja Bill Gatesi ühiselt investeeritud ettevõte QuantumScape välja ka uue pooljuhtaku tehnoloogia, mis suudab laadida 80% 15 minutiga, tõsta energiatihedust 50% ja talub laiemat vahemikku temperatuuridel, kuni -30 ℃. Volkswagen ütles, et tema eesmärk on saada 2025. aastaks uus akude tootmisliin.

Mis vahe on pooljuhtaku ja traditsioonilise aku vahel?

Traditsiooniline liitiumaku: see koosneb positiivsest elektroodist, diafragmast ja negatiivsest elektroodist ning seejärel täidetakse elektrolüüdiga.

Tahkisaku: liitiumaku kasutab tahket elektrolüüti ja elektrolüüdi materjal määrab suuresti tahkisliitiumaku jõudluse.

Peamine erinevus nende kahe vahel seisneb selles, et tahkisaku elektrolüüt on tahke, mis tähendab, et liitiumioonide migratsioonikeskkond positiivse ja negatiivse elektroodi vahel muutub vedelast tahkeks. Katoodimaterjalide pideva uuendamisega saab tahke elektrolüüt paremini koordineerida, mis aitab parandada akusüsteemi energiatihedust.

Tahkisaku eelised.

Tänu tahke elektrolüüdi kasutamisele on tavaliste liitiumakudega võrreldes tahketel akudel mittepõlemisomadused, vastupidavus kõrgele temperatuurile, korrosioonikindlus, lendumatus, madal tuleoht ja kõrge energiatihedus.

Tahkisaku industrialiseerimine.

Tahkisakut peetakse viimaseks lahenduseks aku energiatiheduse ja vastupidavuse ärevusele. Tahkisakul on palju eeliseid, kuid seda pole kõrge hinna ja väikese tootmisvõimsuse tõttu laialdaselt kasutatud.

Tahkisakude kommertsialiseerimine ei pruugi olla nii kiire, kui arvatakse. 2019. aastal teatas Ningde Times, et on pühendunud kõigi tahkispatareide arendamisele ja on tootnud näidiseid, kuid nende täielikuks turustamiseks kulub 10 aastat, mis tähendab, et need pole kaugeltki suuremahulisest tootmisest.

Eeldatakse pooljuhtaku kasutamise ajakava.

-2021 saab olema pooljuhtakude turu inkubatsiooniperiood. Tehakse asjakohane tooteplaneerimine ning teadus- ja arendustegevus ning turul jäävad endiselt domineerima kolmekomponentsed akud.

-Aastatel 2021–2025 jõuavad pooljuhtakud kasutuselevõtu algfaasi, mille aku energiatihedus ulatub 300–500 Wh/kg-ni, ning väike hulk tipptasemel elektrisõidukeid varustatakse pooljuhtakudega.

-Aastatel 2025–2030 või isegi kauem on turg tõeliselt küps, tahkisakude energiatihedus ületab 500 Wh/kg ja suuremahuline tootmine on tõeliselt populaarne.

Üldiselt on kõik tahkispatareid, eriti suure vooluga rakenduste, näiteks autode jaoks mõeldud akud, industrialiseerimise mastaabist kaugel ning vajavad täiendavat ajakohastamist ja kulude kontrolli.

Miks mõned inimesed ütlevad, et masstootmine on peatselt tulemas, samas kui teised ütlevad, et selleks kulub 10 aastat?

Nagu võite arvata, pole praegu masstootmiseks reklaamitud "tahkepatareid" mitte kõik pooljuhtakud, vaid pool-tahkepatareid.

Pooltahketel akudel on tavaliselt ühel elektroodil tahke elektrolüüt ja teisel vedel elektrolüüt. Paljud pooltahkete patareidega katsetavad inimesed on mõeldud kiireks kaubanduslikuks kasutamiseks. Näiteks Toyota on võtnud sihiks kõigi trammide tahkete akude väljatöötamise, kuid ütleb, et hakkab järk-järgult alustama "pooltahketest" akudest.

Kui Ning De ütles, et suuremahuliseks tootmiseks kulub 10 aastat, pidas ta silmas kõiki tahkisakusid ja see oligi eesmärk.

Kas Toyota ja QuantumScape'i tahkisakud ohustavad idufirmasid?

Tahkispatareide arendamise vaatenurgast.

Akutehnoloogia innovatsiooni Euroopa ja Ameerika riikides juhivad peamiselt startupid. Kuna Euroopa ja Ameerika riikides vastutavad innovatsiooni eest väikeettevõtted ning suurettevõtted lahendavad innovatsiooniprobleeme ühinemiste ja ülevõtmiste kaudu, ei ole vaja ulatuslikult uurida.

Jaapanis domineerivad traditsioonilised auto- ja masinatööstuse ettevõtted, sest Jaapani traditsioonilised ettevõtted on väga tulevikku vaatavad ja soovivad proovida mis tahes uut tehnoloogiat.

Hiina astus tahkisaku valdkonda suhteliselt hilja. Siiski usume, et pooljuhtakud pole nii muljetavaldavad kui meedias kirjeldatud. Isegi kui teadus- ja arendustegevuses on 1-2 aastat vahet, ei piisa peajõuakude ettevõtte positsiooni ümberlükkamiseks.

Esiteks paranevad liitiumakud kiiresti, kui liitiumpatareid on muutumas peavooluks. Praegune vedel versioon või paraneb jätkuvalt, eriti kui saavutate igal aastal 30% paranemise, 5 aasta, 10 aasta pärast, on aku paranenud efektiivsus sarnane pooljuhtakuga.

Teiseks saab uuenduslikku tahkisaku tehnoloogiat hõlpsasti ettevõtetesse integreerida. Tahkisaku on ka liitiumaku marsruut. Liitiumpatareide puhul saavad juhtivad ettevõtted neid täiustatud tehnoloogiaid hõlpsasti kokku koguda. Uue akutehnoloogia läbimurde jaoks on tehase ehitamise künnis ja risk väga kõrged, nii et paljud inimesed müüvad tehnoloogiat juhtivatele ettevõtetele, mis võivad skaalat kiiresti laiendada. Tahkisaku suhteline tehnoloogiline lõhe on väike ja suure partii eelised on tahkisaku turustamisel ilmselt olulisemad.