Inhoud
Een dure noodzaak
Maar elektrolyten in vaste toestand zijn duur om te maken. Zoals Dr. Lorenzo Grande, een technologie-analist bij IDTechEx, die op 25 oktober een webinar over solid-state batterijtechnologie zal presenteren (details hier als je wilt luisteren), vertelde me: de "kosten per vierkante meter nemen exponentieel toe met de grootte van de batterij die u wilt maken. "
De kosten per vierkante meter nemen exponentieel toe met de grootte van de batterij.
De kosten voor een dunne-filmbatterij kunnen $ 20-30 zijn voor een kleine RFID, maar de kosten zouden te hoog zijn voor batterijniveaus van smartphones. Op die schaal kan een solid-state alternatief duizenden dollars kosten voor een enkele batterij.
Dit is duidelijk een barrière voor mainstream-toepassingen voor consumentenelektronica. Maar zoals Dr. Grande opmerkte, verwijzend naar actuele gebeurtenissen:
Lithium-ionbatterijen zoals we die kennen, bevatten ontvlambare elektrolyten. Deze elektrolyten zijn meestal gemaakt van organische stoffen of chemicaliën die licht ontvlambaar zijn.
Wanneer we overwegen deze elektrolyten te vervangen door een solide tegenhanger, is het onmiddellijke voordeel de omschakeling van een ontvlambare vloeistof naar iets vasts dat ofwel niet ontvlambaar is of veel minder ontvlambaar is en daarom veiliger voor de gebruiker.
De reden waarom iedereen vloeibare elektrolyten gebruikt, is omdat vaste elektrolyten nog niet volledig zijn ontwikkeld of nog steeds te duur zijn om op grote schaal te produceren.
Dat gezegd hebbende, het is duidelijk dat solid-state batterijen een grote toekomst hebben in consumentenelektronica, net zolang we de fabricagekosten kunnen drukken. Hoewel het nog steeds een game van iedereen is, denkt Dr. Grande dat een bedrijf als Samsung, dat de afgelopen tijd immense schade aan zijn veiligheidsreputatie heeft geleden, wellicht een van de eersten is die een solid-state batterij in een smartphone aankondigt, zelfs als het ze kost geld om dat te doen.
Waar we zijn
Zoals Dr. Grande me vertelde, zijn de meeste bedrijven die het nieuws maken in de solid-state en alternatieve batterijtechnologiewereld (zoals Enevate, die nu elke dag een lithium-ionbatterij van silicium heeft), de kleine startups die hebben de publiciteit nodig. En toch is zelfs Enevate open over de kosten die gepaard gaan met alternatieven voor wat we nu hebben, toegegeven dat de prestaties schalen met de prijs, dus een krachtige batterij heeft nog steeds relatief hoge kosten.
Maar hoe geavanceerd het onderzoek naar solid-state elektrolyten is bij grote bedrijven zoals Samsung en LG, die zowel batterijen als consumentenelektronica produceren, is veel moeilijker in te schatten. Wat de huidige marktleiders in mobiele batterijtechnologie achter gesloten deuren hebben bereikt, kan erg geavanceerd zijn, maar om concurrentieredenen maken ze er geen reclame voor.
De komende jaren behoren elektrolyten op basis van vloeistoffen in lithium-ionbatterijen tot het verleden.
Niettemin is een onderzoeker als Dr. Grande ervan overtuigd dat elektrolyten op basis van vloeistoffen in lithium-ionbatterijen de komende jaren tot het verleden zullen behoren: “De markt voor solid-state batterijen is klaar om een spelwisselaar in het veld te worden . Het bedrijf dat de waardeketen achter solid-state batterijen weet te veroveren, zal een herschikking van de belangrijkste spelers op de markt genereren. ”
Aziatische batterijbedrijven hebben natuurlijk een groot belang bij het handhaven van hun dominantie, maar er is recent veel belangstelling en investeringen geweest in de VS en Europa. Afhankelijk van wie de dominante technologie definieert en wie dit op een kostenconcurrerende manier weet te doen, kunnen de huidige marktleiders in de toekomst een aanzienlijk deel van hun marktaandeel verliezen aan solid-state batterijen.
Huidige marktleiders kunnen een aanzienlijk deel van hun marktaandeel verliezen aan solid-state batterijen.
De reden waarom dingen nu zo slecht gedefinieerd zijn, is omdat er ongeveer acht verschillende categorieën solid-state elektrolyten zijn die in mobiele elektronica kunnen worden gebruikt. Elke elektrolytformulering heeft verschillende voordelen, wat betekent dat elk type min of meer toepasbaar is op een markt, afhankelijk van zijn specifieke prioriteiten.
Voordelen van vaste toestand
Verhoogde veiligheid, gecombineerd met langere levensduur en hogere capaciteiten zorgen voor een behoorlijk aantrekkelijk verkoopgesprek.
Dus wat zijn de belangrijkste voordelen van solid-state batterijen? Onder hen is de veiligheid hoog, met vaste elektrolyten die niet alleen minder ontvlambaar zijn, maar ook stabieler en minder vatbaar voor de thermische vluchteling die resulteert in batterij-explosies.
Maar elektrolyten in vaste toestand zijn ook minder reactief dan vloeibare elektrolyten, dus ze kunnen naar verwachting veel langer meegaan. Solid-state batterijen zorgen ook voor verhoogde energiedichtheden, "tot twee keer de huidige waarden als deze batterijen ook de grafietanode vervangen door een lithiummetaalanode". Verhoogde veiligheid, gecombineerd met langere levensduur en hogere capaciteiten zorgen voor een behoorlijk aantrekkelijk verkoopgesprek.
Maar hoe fabrikanten ervoor kiezen om solid-state batterijen uit te rollen, is iedereen aan het raden. Fabrikanten kunnen ervoor kiezen om de fysieke grootte van een batterij hetzelfde te houden als nu, met een langere levensduur van de batterij als voordeel. Of ze kunnen ervoor kiezen om de totale grootte van de batterij te verminderen met behoud van de bestaande "hele dag" batterijlevensduur die we gewend zijn.
Dit lijkt misschien een voor de hand liggende keuze - wie zou er niet kiezen voor een telefoon met een batterijduur van 2-3 dagen? - maar onthoud dat solid-state batterijen duur zijn om te produceren.
Had eerder kleinere solid-state batterijen als eerste geïntroduceerd met een batterijlevensduur die vergelijkbaar was met wat ze nu kregen.
Dit betekent dat we eerder kleine solid-state batterijen als eerste geïntroduceerd hebben met een batterijlevensduur die vergelijkbaar is met wat we krijgen van bestaande op vloeistof gebaseerde elektrolyten. Tenminste totdat de kosten voor de vervaardiging van elektrolyten in vaste toestand kunnen worden verlaagd.
Wanneer komt het aan?
Dus wanneer kunnen we verwachten dat solid-state batterijen het overnemen? Volgens Dr. Grande is de auto-industrie het ultieme eindspel. Dat betekent dat de auto-industrie het langst moet wachten vanwege de strenge veiligheidseisen. Maar dat betekent dat andere velden naar verwachting solid-state batterijen veel eerder uitgerold zullen zien.
Deze technologie is pas echt 4-5 jaar volwassen genoeg voor de markt voor mobiele telefoons.
"De dronemarkt is in veel opzichten een eerste stap voor de volgende generatie solid-state batterijen," zegt Dr. Grande, "en dit zal al in 2017 gebeuren. De tweede markt zou wearables zijn en vervolgens grotere consumentenelektronica zoals smartphones . Maar deze technologie is pas echt 4-5 jaar volwassen genoeg voor de markt voor mobiele telefoons. "
Zelfs met dit nogal vertrouwde tijdschema zijn solid-state elektrolyten in batterijen - of een andere nieuwe batterijtechnologie - al lang te laat: "Lithiumion nadert zijn technische beperkingen en de vloeibare elektrolyt is een van de redenen daarvoor. Zodra solid-state elektrolyten zijn ingeschakeld op de dronemarkt en de markt voor consumentenelektronica, ziet elk bedrijf de extra voordelen van het gebruik van deze technologie om betere batterijen te maken.
Laatste woord
Zoals altijd is het probleem kosten en massale acceptatie. De initiële investeringskosten zijn nog steeds hoog en we wachten nog steeds op het definiëren van het reguliere massaproductiemodel. Maar zodra een bedrijf als Samsung besluit de sprong in een consumentenproduct te wagen, zal de enorme toename van het productievolume de productiekosten helpen drukken.
Wat grote batterijfabrikanten tot nu toe hebben gedaan, is schadebeheersing. Er is echter geen zilveren kogel in dit opzicht.
“Wat grote batterijproducenten tot nu toe hebben gedaan, is schadebeheersing doen, d.w.z. een vlamvertrager toevoegen aan een op elektrolyt gebaseerde vloeistof. Er is echter geen zilveren kogel in dit opzicht. Batterijfabrikanten voegen nu al jaren additieven toe, maar zoals je uit het nieuws kunt zien, kunnen er nog steeds slechte dingen gebeuren. ”
Solid-state is misschien de toekomst, maar zoals Dr. Grande waarschuwt, "weten we nog steeds niet zeker welke van deze technologieën de massamarkt zullen bereiken." Het moet ook worden toegegeven dat "wat er nu is, niet gelijk aan de prestaties van vloeibare elektrolyten ”. Maar naarmate de technologie volwassen wordt, bestaat er geen twijfel over dat solid-state het overneemt.
Hou je van het geluid van solid-state batterijen? Denkt u dat dit het imago van Samsung kan helpen?
Als u deel wilt nemen aan het webinar van Dr. Lorenzo Grande over solid-state batterijen voor IDTechEx, klik hier. Er zijn meerdere sessies op 25 oktober.
