Was ist eine Festkörperbatterie?

Eine Festkörperbatterie ist eine Batterie, die feste Elektroden und feste Elektrolyte verwendet; eine Festkörperbatterie bedeutet, dass sich in der Batterie überhaupt keine Flüssigkeit befindet und als Elektrolyt der Batterie anorganische oder organische Polymerfeststoffe verwendet werden. Bei der Festkörper-Lithiumbatterietechnologie wird eine Glasverbindung aus Lithium und Natrium als leitfähiges Material verwendet, um den Elektrolyten früherer Lithiumbatterien zu ersetzen und so die Energiedichte von Lithiumbatterien erheblich zu erhöhen. Feststoffbatterien haben die Vorteile einer guten Sicherheit, einer hohen Energiedichte und einer starken Zyklenleistung; die Nachteile sind eine große Impedanz und hohe Kosten.

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Was ist eine Festkörperbatterie?

Festkörperbatterie ist eine Art Batterietechnologie. Im Gegensatz zu den heute gebräuchlichen Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Ionen-Polymer-Batterien handelt es sich bei einer Festkörperbatterie um eine Batterie, die feste Elektroden und feste Elektrolyte verwendet.

Weil die wissenschaftliche Gemeinschaft davon ausgeht, dass Lithium-Ionen-Batterien an ihre Grenzen stoßen, gelten Festkörperbatterien in den letzten Jahren als Batterien, die den Status von Lithium-Ionen-Batterien erben können. Bei der Festkörper-Lithiumbatterietechnologie wird eine Glasverbindung aus Lithium und Natrium als leitfähiges Material verwendet, um den Elektrolyten früherer Lithiumbatterien zu ersetzen und so die Energiedichte von Lithiumbatterien erheblich zu erhöhen.

Der größte Unterschied zwischen Festkörperbatterien und den derzeit gängigen herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien liegt im Elektrolyten. Festkörperbatterien verwenden Festelektrolyte, um die Elektrolyte und Separatoren herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen. Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien bestehen hauptsächlich aus positiven und negativen Elektrodenmaterialien, Elektrolyten und Separatoren. Die positiven und negativen Elektrodenmaterialien bestimmen die Kapazität der Batterie und Elektrolyt und Separator dienen als Medium für den Transport von Lithiumionen. Das ist der wesentliche Unterschied.

Die Hauptelektrolyte von Festkörperbatterien sind Polymere, Oxide und Sulfid-Festelektrolyte. In europäischen und amerikanischen Autos wird die Polymer-Variante dominiert; japanische und koreanische Unternehmen wie Toyota, LG und Panasonic haben sich für die Sulfid-Variante entschieden China CATL, das führende Unternehmen für Energiebatterien, hat sich ebenfalls für die Sulfidroute entschieden; chinesische Unternehmen wie Beijing Weilan, Jiangsu Qingtao, Ningbo Fengli und Taiwan Huineng haben sich alle für die Oxidroute entschieden.

Vor- und Nachteile von Festkörperbatterien:

Vorteile:

Festkörperbatterien haben die Vorteile einer guten Sicherheit, einer hohen Energiedichte und einer starken Zyklenleistung. Der Nachteil besteht darin, dass die Impedanz größer und die Kosten höher sind. Schauen wir sie uns einzeln an.

1. Hohe Energiedichte, die die doppelte Energiedichte aktueller ternärer Lithiumbatterien erreichen kann, kann bei gleichem Gewicht eine doppelte Reichweite erreichen. Beispielsweise hat die von Weilan New Energy auf den Markt gebrachte Halbfestkörperbatterie eine Energiedichte von 360 Wh/kg und kann mit einer einzigen Ladung eine Reichweite von 1.000 Kilometern erreichen. Festkörperbatterien können eine höhere Energiedichte erreichen und die derzeit begrenzte Energiedichte von Lithiumbatterien durchbrechen.

2. Ohne den flüssigen Elektrolyten kommt es nicht zu Elektrolytlecks oder internen Kurzschlüssen. Der Festelektrolyt kann auch Lithiumdendriten besser unterdrücken und weist eine chemische und elektrochemische Stabilität für Lithiummetall auf. Wenn hohe Ratenleistung und ein radikales elektrochemisches System erforderlich sind, kommt es unter bestimmten Bedingungen auch zum Wachstum von Lithiumdendriten im Festelektrolyten und es besteht die Gefahr eines internen Kurzschlusses.

3. Starkes Zyklusleben. Die Verwendung von Festelektrolyten in Lithium-Ionen-Batterien löst das Problem des SEI-Films (Festelektrolyt-Schnittstellenfilm), der während des Lade- und Entladevorgangs vom flüssigen Elektrolyten gebildet wird, und unterdrückt das Auftreten von Lithiumdendriten, wodurch die Zyklenfähigkeit und Leistung erheblich verbessert werden Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien.

Nachteile:

Alles hat zwei Seiten. Wo es Vorteile gibt, muss es auch Nachteile geben. Auch Feststoffbatterien sind kein Allheilmittel. Es gibt auch entsprechende Mängel. Hier sind zwei Nachteile von Festkörperbatterien.

1. Die Herstellungskosten sind hoch. Es sind erhebliche Innovationen bei der Ausrüstung und den Prozessen herkömmlicher Lithiumbatterien erforderlich, und die Investitionen in die Technologieforschung und -entwicklung sind groß. Die Reduzierung seltener Elemente und die Senkung der Herstellungskosten sind zur Zielrichtung der Bemühungen der Branche geworden. Derzeit sind auf dem Oxidweg hergestellte Halbfestkörperbatterien zu mehr als 70 % mit herkömmlichen Lithiumbatteriegeräten und -prozessen kompatibel, was Batterieunternehmen bei der Umstellung auf Festkörperbatterien helfen kann.

2. Der Grenzflächenwiderstand ist zu groß. Die Grenzfläche zwischen dem Festelektrolyten und dem Elektrodenmaterial ist daher schwach, was zu einer geringen Ionenübertragungskinetik führt im festen Material, was zu einer Grenzflächenimpedanz führt, die sich auf die Batterieleistung auswirkt.

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