BOSTON, 26 juli 2021 /PRNewswire/ — Solid-state batterijen blijven enorme aandacht en investeringen trekken met de volwassen wordende technologieën en de nabijheid van massaproductie. Zelfs met de invloed van COVID-19 zal de potentiële marktomvang naar verwachting groeien tot meer dan $ 8 miljard tegen 2031, volgens het rapport van IDTechEx “Solid-state en polymeerbatterijen 2021-2031: technologie, voorspellingen, spelers'.
De volwassen lithium-ionbatterijtechnologie heeft zijn intrinsieke beperkingen
Sinds hun commercialisering in 1991 hebben lithium-ionbatterijen wereldwijd succes gehad. Dit kan echter hun intrinsieke beperkingen op het gebied van veiligheid, prestaties en vormfactor niet verbergen.
De meeste huidige lithium-iontechnologieën maken gebruik van vloeibare elektrolyten, met lithiumzouten zoals LiPF6, LiBF4, of LiClO4 in een organisch oplosmiddel. Het vaste elektrolytgrensvlak, dat wordt veroorzaakt als gevolg van de ontleding van het elektrolyt aan de negatieve elektrode, beperkt echter de effectieve geleiding. Verder hebben vloeibare elektrolyten membranen nodig om de kathode en anode te scheiden, evenals een ondoordringbare behuizing om lekkage te voorkomen. Daarom zijn de afmetingen en ontwerpvrijheid voor deze batterijen beperkt. Bovendien hebben vloeibare elektrolyten veiligheids- en gezondheidsproblemen omdat ze ontvlambare en bijtende vloeistoffen gebruiken. Firegate van Samsung heeft in het bijzonder gewezen op de risico's die zelfs grote bedrijven lopen wanneer ontvlambare vloeibare elektrolyten worden gebruikt, evenals op de tientallen ongevallen met elektrische voertuigen die worden veroorzaakt door verbranding van batterijen.
De huidige high-end lithium-ionbatterijen kunnen op celniveau een energiedichtheid bereiken van meer dan 700 Wh/L, met een maximaal rijbereik van ongeveer 500 km voor elektrische voertuigen. De materialen met een hoog nikkelkathodegehalte die worden verbeterd, kunnen de energiedichtheid verder opdrijven, maar de eigenschappen van de actieve materialen kunnen een drempel vormen.
Solid-state batterijen kunnen het verschil maken
Solid-state batterijen vervangen organische vloeibare elektrolyten door solid-state tegenhangers, waardoor veiligere batterijen met een lange levensduur mogelijk zijn. Bovendien kunnen vastestofelektrolyten compatibel zijn met hoogspanningskathodematerialen en lithiummetaalanode met hoge capaciteit. Het is mogelijk om de energiedichtheid verder te brengen dan 1,000 Wh/L.
Betere veiligheid betekent minder veiligheidsbewakingselektronica in de batterijmodules/packs. Daarom kunnen zelfs de eerste generaties solid-state batterijen een vergelijkbare of zelfs minder energiedichtheid hebben dan conventionele lithium-ionbatterijen. De beschikbare energie in het batterijpakket kan vergelijkbaar of zelfs hoger zijn dan het laatste.
Met het grotere elektrochemische venster dat de vaste elektrolyten kunnen bieden, kunnen hoogspanningskathodematerialen worden gebruikt. Bovendien kan een lithiummetaalanode met hoge energiedichtheid de energiedichtheid verder opdrijven dan 1,000 Wh/L. Deze functies kunnen de solid-state batterij verder tot een game-changer maken.
Binnen solid-state batterijen zijn er verschillende technologische benaderingen. IDTechEx heeft solid-state batterijtechnologieën geïdentificeerd, waaronder vaste polymeerelektrolyt, evenals andere 8 anorganische elektrolyttypen zoals LISICON-achtig, argyrodites, granaat, NASICON-achtig, Perovskite, LiPON, Li-Hydride en Li-Halide. Over het algemeen zijn oxide-, sulfide- en polymeersystemen populaire opties geworden in de ontwikkeling van de volgende generatie. Sulfide-elektrolyten hebben voordelen van hoge ionische geleidbaarheid, zelfs beter dan vloeibare elektrolyten, lage verwerkingstemperatuur, breed elektrochemisch stabiliteitsvenster, enz. Veel functies maken ze aantrekkelijk en worden door velen beschouwd als de ultieme optie. De moeilijkheid van vervaardiging en het giftige bijproduct waterstofsulfide dat tijdens het proces wordt gegenereerd, maken de commercialisering echter relatief traag. Polymeersystemen zijn gemakkelijk te fabriceren en komen het dichtst in de buurt van commercialisering, terwijl de relatief hoge bedrijfstemperatuur, het lage antioxidepotentieel en de slechtere stabiliteit op uitdagingen duiden. Oxidesystemen zijn stabiel en veilig, terwijl de hogere interfaceweerstand en hoge verwerkingstemperatuur in het algemeen enige problemen opleveren.
De race tussen polymeer-, oxide- en sulfidesystemen is tot nu toe onduidelijk en het is gebruikelijk dat batterijbedrijven meerdere benaderingen proberen. Complexe technologische benaderingen maken de beslissing moeilijk.
Wat komt hierna?
Er zijn talloze persberichten verschenen over de voortgang van solid-state batterijen en prototypes van elektrische voertuigen uitgerust met solid-state batterijen. Het lijkt erop dat de focus op solid-state batterijen vooral op batterijcellen zal liggen. Dit zal echter slechts een onderdeel zijn van de toekomstige focus. Een andere belangrijke trend is de cell-to-pack-aanpak (CTP).
CTP is geen nieuw concept en is te vinden in ontwerpen die al op lithium-ionbatterijen zijn gebaseerd, zoals de blade-batterij van BYD en de CTP-ontwerpen van CATL. Het CTP-concept zal belangrijker worden door de betere veiligheid van solid-state batterijcellen. Een betere batterijveiligheid betekent een flexibeler pakketontwerp en minder elektronica/componenten die in de batterijmodule/-pakketten worden gebruikt. Het bipolaire ontwerp maakt bijvoorbeeld een hogere energiedichtheid mogelijk. Het is mogelijk dat de eerste generaties solid-state batterijen niet zijn uitgerust met een kathode met hoog voltage, een hoge capaciteit en een lithiummetaalanode, wat leidt tot een lagere energiedichtheid dan in de handel verkrijgbare lithium-ionbatterijen. Er wordt ook verwacht dat de initiële kosten van solid-state batterijcellen hoger zijn dan die van lithium-ion-tegenhangers. Met een hogere energiedichtheid op pakketniveau met een flexibel ontwerp en minder gebruikte materialen/componenten, is het echter mogelijk dat solid-state batterijpakketten vergelijkbaar of zelfs beter kunnen zijn dan lithium-ionbatterijen.
Voor een beter begrip van de markten, spelers, technologieën, kansen en uitdagingen verwijzen wij u naar het rapport van IDTechEx "Solid-State and Polymer Batteries 2021-2031: Technology, Forecasts, Players". Ga voor meer informatie over dit rapport naar: www.IDTechEx.com/SSB, of voor het volledige portfolio van onderzoek naar energieopslag dat beschikbaar is bij IDTechEx, ga naar www.IDTechEx.com/Research/ES.
Afbeeldingen downloaden:
https://www.dropbox.com/sh/acz2h6z8uaaggoz/AAApubr1204B1FnAsf00naBka?dl=0
Over IDTechEx
IDTechEx begeleidt uw strategische bedrijfsbeslissingen door middel van haar onderzoeks-, abonnements- en consultancyproducten, waardoor u kunt profiteren van opkomende technologieën. Voor verdere informatie contacteer [e-mail beveiligd] of ga naar www.IDTechEx.com.
Media Contact:
Natalie Moreton
Digital Marketing Manager
[e-mail beveiligd]
+ 44 (0) 1223 812300
Social Media Links:
Twitter: https://www.twitter.com/IDTechEx
LinkedIn: https://www.linkedin.com/company/idtechex/
Facebook: https://www.facebook.com/IDTechExResearch
BRON IDTechEx
PlatoAi. Web3 opnieuw uitgevonden. Gegevensintelligentie versterkt.
Klik hier om toegang te krijgen.
