Więc zaczynamy. Weź kawę. Albo piwo. Nie osądzam.
Bardzo szybko, zanim zaczniemy- moja przeszłość, ponieważ ludzie zawsze pytają: zajmuję się technologią akumulatorów od 2016 r., pracowałem dla dwóch firm, które zbankrutowały (fajne czasy), konsultowałem się z trzema, które jeszcze żyją (ledwo), a obecnie zajmuję się badaniami i rozwojem dla... cóż, prawdopodobnie nie powinienem tego mówić, ale o nich słyszałeś. Dwa razy poparzyłem się ogniem litowym. Nie polecam tego. 0/10 doświadczeń.
Czym do cholery jest w ogóle-bateria półprzewodnikowa?
Tak. Bateria Twojego telefonu? Laptopa? Samochód elektryczny? Wszystko dostało się do środka. Nie jak woda-ciekła, raczej jak... gęsta ciecz chemiczna. Elektrolit organiczny. Brzmi fantazyjnie, ale w zasadzie jest to łatwopalna maź, która pozwala jonom litu pływać tam i z powrotem pomiędzy stroną dodatnią i ujemną.
Działa dobrze! Dopóki tak się nie stanie. Następnie zapala się.
Nadal mam Samsunga Galaxy Note 7 w szufladzie biurka, który noszę jako przypomnienie. Po wycofaniu nie włączyłem go ponownie. To jak mały przycisk do papieru stwarzający zagrożenie pożarowe.
Bateria półprzewodnikowa= zastępująca ciecz cieczą w postaci stałej.
To wszystko. To cała sprawa.
Częścią stałą może być:
Artykuły ceramiczne (np. fantazyjne szkło, ale trudniejsze do wykonania)
Łańcuchy polimerowe (myślę o naprawdę gęstym plastiku, ale nie do końca plastikowym)
Związki siarczkowe (swoją drogą STRASZNE śmierdzą, tysiąc razy jak zgniłe jajka)
Aha, i zabawny fakt, przekonałem się na własnej skórze, że - niektóre z tych materiałów reagują z wilgocią zawartą w powietrzu. Jakby gwałtownie. W 2019 r. mieliśmy absolwenta, który zostawił na stole próbkę elektrolitu siarczkowego na noc. Przyszedł następnego ranka, cała rzecz była w zasadzie skorodowana. Pachniało śmiercią. Nie mogliśmy korzystać z tego laboratorium przez tydzień.
Dlaczego wszyscy się o nich nie zamkną
Stary, słyszę o-akumulatorach półprzewodnikowych od... 2015? 2014? Gdzieś w okolicy. Co roku: „Jeszcze tylko 3 lata!”
Stało się memem w społeczności akumulatorowej. Jak energia termojądrowa. Zawsze za 10 lat.
Ale OK, istnieją rzeczywiste powody, aby się tym przejmować:
1. (Prawdopodobnie) nie eksplodują Ci w twarz
Brak cieczy=brak wrzącej cieczy=brak wzrostu ciśnienia=brak bomu.
Mam na myśli, że nadal MOGĄ ponieść porażkę. Widziałem, jak to się stało. Ale zamiast kuli ognia, stajesz się bardziej... przestaje działać i robi się ciepło. Dużo lepiej! W zeszłym roku podczas testów byłem świadkiem awarii prototypu półprzewodnikowego, który po prostu trochę spuchł i umarł. W przypadku ciekłego litu-jonowego musimy przetestować za osłonami przeciwwybuchowymi. Inny klimat.
2. Więcej energii w tej samej przestrzeni (podobno)
Twierdzenia są szalone. 50% więcej? 100% więcej? Kto wie. Na papierze matematyka działa. W rzeczywistości? Zobaczymy.
Toyota ciągle twierdzi, że do 2027 lub 2028 roku będzie mieć akumulatory o zasięgu 900 mil. Uwierzę w to, kiedy będę dosłownie prowadzić samochód. Do tego czasu jest to vaporware.
3. Ładuje się szybciej (być może)
Niektóre elektrolity ceramiczne mogą podobno wytrzymać znacznie większy prąd bez degradacji. Czyli pełne ładowanie w 10 minut.
Czy widziałem tę pracę w laboratorium? Tak, raz, na baterii pastylkowej wielkości mojej miniatury.
Czy widziałem, jak to działa na akumulatorze-wielkości samochodu? Nie. Nikt nie ma. To wszystko dane symulacyjne i testy-na małą skalę.
4. Trwa dłużej (myślimy)
Bez rozkładu cieczy powinieneś uzyskać więcej cykli ładowania. Zwykły lit-jonowy wytrzymuje około 500-1000 cykli, w zależności od tego, jak go traktujesz. Półprzewodnikowy powinien działać lepiej.
Ale oto rzecz, której - tak naprawdę jeszcze nie WIEMY, ponieważ nikt ich nie używał od 10 lat. Nie można sprawdzić-długoterminowej niezawodności w laboratorium. Musisz po prostu poczekać i zobaczyć.
Czekaj, do czego my to w ogóle porównujemy?
O cholera, tak, prawdopodobnie powinienem wyjaśnić, co tam jest teraz. Moje złe.
Zwykły lit-jonowy (co jest we wszystkim)
Twój telefon, laptop, prawdopodobnie Twój samochód, jeśli jest elektryczny
Energia: ~250-300 Wh/kg (to watogodziny na kilogram, jednostki kujonów)
Tanie w wykonaniu teraz, bo robimy to od zawsze
Absolutnie zapali się, jeśli go przebijesz lub przeładujesz
Na wszelki wypadek trzymam wiadro piasku w laboratorium
Baterie LFP (fosforan litowo-żelazowy)
Bezpieczniejsze, nie zapali się, nawet jeśli spróbujesz
Mniejsza gęstość energii, choć - około 160-180 Wh/kg
Trwa NA ZAWSZE, jak 3000+ ładunków
Tańsze niż inne rodzaje litu
Myślę, że to właśnie jest teraz w podstawowym modelu Tesli? Nie cytuj mnie w tej sprawie
NMC/NCA (te drogie)
Kobalt niklowo-manganowy lub aluminium niklowo-kobaltowe
Wysoka wydajność, 250-280 Wh/kg
Używa kobaltu, który... tak, w Kongo jest problem pracy dzieci i zupełnie inny bałagan
Droższe
Lepsza wydajność, ale nie będę kłamać
Stan stały-(mityczne stworzenie)
ŻĄDANIA 400-500 Wh/kg
Teraz o wiele droższe
Produkcja jest w zasadzie czarną magią w tym momencie
Podobno bezpieczniejsze, ale też nie mamy wystarczających danych
OK, ale co właściwie jest w nich dobrego?
Słuchaj, jestem sceptyczny co do większości rzeczy, ale-solid-state ma realne zalety. Nie będę udawać, że jest inaczej.
Bezpieczeństwo jest lepsze.
Osobiście przetestowałem oba typy. Używając zwykłego-jonu litowego, nosimy osłony twarzy i wszędzie mamy gaśnice. Z prototypami-półprzewodnikowymi? Nadal ostrożny, ale mniej energii „to może eksplodować”.
W zeszłym miesiącu mieliśmy zwarcie ogniwa testowego. Półprzewodnikowy-po prostu się nagrzał i przestał działać. Gdyby to był zwykły lit-jonowy, z pewnością wybuchłby pożar.
Rozmiar/waga jest prawdziwa, JEŚLI dostarczą.
Produkcja 400 Wh/kg byłaby naprawdę rewolucyjna. Twój akumulator EV może ważyć o połowę mniej przy tym samym zasięgu. LUB ta sama waga, dwukrotnie większy zakres.
Ale to duże JEŚLI. Wyniki laboratoryjne nie zawsze przekładają się na produkcję. Do diabła, ZWYKLE nie tłumaczą.
Wydajność temperaturowa powinna być lepsza.
Elektrolity stałe działają w szerszym zakresie temperatur niż ciecz. Twój akumulator samochodowy zimą w Chicago przy -20 stopniach F? Powinno działać lepiej. Lato w Arizonie przy 120 stopniach F? Również lepiej.
Chociaż zabawna historia - niektóre elektrolity ceramiczne, aby dobrze działały, muszą być utrzymywane w CIEPŁOŚCI. Potrzebujesz więc grzałki do akumulatora. Który zużywa moc. Trochę mija się to z celem, lol.
Żadnych dendrytów.
To jest baseball, ale co tam. Podczas ładowania akumulatorów litowych od jednej elektrody do drugiej mogą wyrastać małe metalowe kolce zwane dendrytami. W końcu przebijają separator i powodują zwarcie akumulatora. W ten sposób umiera większość akumulatorów litowo-jonowych.
Elektrolity stałe mają blokować dendryty. Twarde materiały, nie mogą się przebić. Teoretycznie.
W rzeczywistości? Ech. Widzieliśmy, jak dendryty rosną w niektórych stałych elektrolitach. Nauka o materiałach jest trudna.
Problemy, które wszyscy ignorują (ale ja nie będę)
Dobra, zapnij pasy, bo w tym miejscu wkurzę niektórych ludzi.
Prawie teraz nie pracują.
Przepraszam! To prawda! Większość „przełomowych”-baterii półprzewodnikowych, o których czytałeś w komunikatach prasowych? Działają przez około 10 cykli. Może 50, jeśli będziesz miał szczęście. W doskonałych warunkach laboratoryjnych. Dokładnie w 25 stopniach. Z delikatnym wiatrem z północnego wschodu.
Akumulator samochodowy musi wytrzymać 1000+ cykli zimą w Minnesocie i latem w Teksasie oraz wszędzie pomiędzy. Skala nie jest jeszcze nawet blisko.
W zeszłym roku byłem na konferencji (Sympozjum Baterii w Orlando, marzec 2024 r.) i widziałem prezentację startupu, który twierdził, że wykonał 500 cykli. Poszedłem do ich stoiska. Zapytany o szczegóły. Bardzo szybko się uspokoili. Okazuje się, że te 500 cykli odbyło się przy szybkości ładowania 0,1°C i 4-godzinnej przerwie między ładowaniami. Całkowicie bezużyteczny do rzeczywistych zastosowań.
Produkcja to absolutny koszmar.
Spędziliśmy 30+ lat zastanawiając się, jak sprawić, by baterie litowo-jonowe były tanie i niezawodne. Fabryki, sprzęt, kontrola jakości - – wszystko jest dopracowane.
Stan stały-? Zaczynając od zera.
Różne wyposażenie. Różne procesy. Różne tryby awarii. Wszystko jest trudniejsze.
W zeszłym miesiącu rozmawiałem z gościem z QuantumScape (oboje byliśmy w barze na lotnisku, wypił jakieś 3 piwa, zaczął rozmawiać) i powiedział, że ich największym problemem nie jest już nawet technologia. Zastanawia się, jak wyprodukować 10 000 identycznych baterii. Spójność na dużą skalę jest TAK TRUDNA.
Problem z interfejsem zabija wszystkich.
Jest to kwestia techniczna, ale ważna: tam, gdzie stały elektrolit styka się ze stałą elektrodą, powstaje opór. To jakby próbować przepuścić prąd przez dwie szorstkie powierzchnie ściśnięte razem. Niezbyt dobry kontakt.
W przypadku ciekłego elektrolitu ciecz wypełnia wszystkie mikroskopijne szczeliny. Wszędzie doskonały kontakt. Z solidnym-na-solidnym? Nie tak bardzo.
Ludzie próbują wszystkiego: specjalnych powłok, stosowania ciśnienia, podgrzewania, nowych materiałów, warstw protektorowych, stref buforowych. Nic jeszcze nie działa idealnie. Każde rozwiązanie stwarza nowe problemy.
Pękają i to jest naprawdę złe.
Ceramiczne elektrolity stałe są kruche. Podczas ładowania akumulatory lekko puchną. Wyładowanie, kurczą się. Zrób to 1000 razy, a ceramika może pęknąć.
Jedno małe pęknięcie=wyczerpana bateria. Do wnętrza dostaje się wilgoć, spada wydajność i gra się kończy.
Widziałem piękne-ogniwa półprzewodnikowe, które działały doskonale przez 50 cykli, potem pękały i przestały działać. Bolesny. I drogie.
Elektrolity polimerowe nie pękają tak łatwo, ale mają znacznie niższą przewodność jonową. Zawsze kompromis-.
Ten koszt sprawia, że chce mi się płakać.
Aktualne szacunki mówią, że akumulatory-półprzewodnikowe są 10-20 razy droższe od zwykłych akumulatorów litowo-jonowych. Na kWh.
Tak, koszty będą spadać wraz ze skalą. Zawsze tak robią. Ale mówimy o LATACH rozwoju i MILIARDACH inwestycji kapitałowych, zanim dojdziemy do parytetu kosztów.
Ogniwa Tesli 4680 kosztują około 100 dolarów za kWh. Stan-stały może obecnie kosztować 1000 USD/kWh. Może więcej. Nikt nie publikuje prawdziwych liczb, bo są żenujące.
Kto właściwie robi te rzeczy? (I kto o tym tylko mówi)
Oj, OK, będzie bałagan, bo jest około 50+ firm, które twierdzą, że „zamierzają zrewolucjonizować baterie”, ale pozwólcie, że skupię się na tym, kto faktycznie to robi:
QuantumScape- Prawdopodobnie najnowocześniejsze rozwiązanie w zastosowaniach motoryzacyjnych. Stosowanie separatora ceramicznego. Wspierany przez VW i Billa Gatesa. Ich akcje wzrosły z około 130 dolarów do 10 dolarów. Auć. Ale nadal pracują i wykazały przyzwoite wyniki testów. Jednak harmonogram ciągle się przesuwa, co jest… niepokojące, ale także realistyczne? Szczerze mówiąc, nie wiem, co o nich myśleć.
Solidna moc- Wsparcie BMW i Forda. Elektrolit siarczkowy. Ostatnio słyszałem, że nadal mają problemy z produkcją. Ich harmonogram również się przesunął. Terminy wszystkich się przesuwają. To ulubiona rozrywka branży akumulatorowej.
SDI Samsunga- Rzeczywiście MAJĄ-baterie półprzewodnikowe w produkcji! Ale malutkie. Do urządzeń do noszenia. Urządzenia medyczne. Słyszalne (tak, to teraz najwyraźniej takie słowo). Rzeczy wielkości samochodu-? Wciąż w fazie rozwoju. Mówią 2027. Ja mówię realistycznie 2029-2030.
Toyoty- O rany. Toyota obiecuje-przełomowe rozwiązania w zakresie akumulatorów półprzewodnikowych jeszcze zanim zacząłem pracować w tej dziedzinie. Zgłaszają więcej patentów niż ktokolwiek inny. Co roku ogłaszają wielkie wydarzenia. A jednak... żadnych produktów.
CHCĘ im wierzyć. To Toyota. Znają się na produkcji. Ale oszukaj mnie raz, wstydź się. Oszukaj mnie 47 razy...
Mówili 2025, potem 2027, teraz jest 2027-2028. Postawię pieniądze na minimum 2030.
Nissana- Być ciszej, co naprawdę szanuję. Powiedzmy, że w latach 2024–2025 uruchomią produkcję pilotażową. Bardziej realistyczna oś czasu niż niektóre inne. Myślę, że pracujesz nad pewnymi rzeczami z NASA? Nie cytuj mnie.
KATL- Chińska firma, największy na świecie producent baterii. Kiedy się poruszają, wszyscy to zauważają. Pracują nad stanem stałym-, ale są BARDZO konserwatywni w przewidywaniach. Co sprawia, że naprawdę im ufam. Znają skalę produkcji. Wiedzą, co jest trudne.
StoreDot- Izraelski startup, skupiony na ekstremalnie szybkim ładowaniu. Fajne dema. Skalowanie jest pytaniem. Zawsze to pytanie.
Jest też energia czynnikowa, ProLogium, materiały jonowe, Sakuu, Blue Current, Ilika… dosłownie dziesiątki innych. Większość zakończy się niepowodzeniem. Tak to właśnie działa. Startupy akumulatorowe mają około 5% wskaźnika sukcesu.
Czy rzeczywiście można go teraz kupić?
Krótka odpowiedź:NIE.
Dłuższa odpowiedź:Nadal nie, chyba że kupujesz prototypowy pojazd elektryczny za ponad 500 tys. dolarów lub małą, specjalistyczną baterię do sprzętu medycznego.
Jeszcze dłuższa odpowiedź:Firma Samsung oferuje kilka-baterii półprzewodnikowych, ale są one drogie i małe. Mówimy o wielkości monety. Nieprzydatne w większości zastosowań.
Pierwszymi prawdziwymi produktami konsumenckimi z-stanem stałym będą prawdopodobnie:
Smartfony premium- Samsung lub Apple będą chciały się przechwalać. „Pierwszy-telefon z baterią półprzewodnikową!” Świetny marketing. Prawdopodobnie 2026-2027.
Ograniczona produkcja pojazdów elektrycznych- Niektóre luksusowe marki wyprodukują 500 sztuk z akumulatorami-półprzewodnikowymi. Koszt 200 tys. Udowodnij, że technologia działa. 2027-2028.
Wysokiej klasy-elektryczne-rowery/skutery- Mniejsza bateria sprawia, że jest to bardziej ekonomiczne. 2026?
Rynek masowy? Człowieku, nie wiem. 2030 najwcześniej. Może 2032-2035, żeby było bezpiecznie. I nawet wtedy „rynek masowy” może oznaczać „opcjonalną aktualizację za 10 tys. dolarów”.
Prawdopodobnie jestem pesymistą. Ale byłem rozczarowany zbyt wiele razy.
Do czego właściwie będą wykorzystywane?
Już teraz? Głównie prezentacje w PowerPoincie.
Ale poważnie:
Samochody elektryczne- Na tym wszystkim zależy. 500+ zasięg mil, 10 minut ładowania, lżejszy i bezpieczniejszy. Naprawdę zmieniłoby to rynek pojazdów elektrycznych. JEŚLI to się stanie.
Telefony i laptopy- Wyobraź sobie, że Twój telefon wytrzyma 2 pełne dni przy intensywnym użytkowaniu. Lub być o połowę cieńszy. Albo nigdy więcej sytuacji związanych z Samsungiem Note 7. To jest marzenie.
Implanty medyczne- W tym przypadku niektóre-baterie półprzewodnikowe JUŻ są używane! Rozruszniki serca wymagają baterii, które w 100% nie zawiodą ani nie wyciekną do wnętrza ciała. Półprzewodnik-jest do tego idealny. Mała bateria, nie musi być tania, bezpieczeństwo jest najważniejsze.
Drony/lotnictwo- Samoloty elektryczne wymagają najwyższej możliwej gęstości energii. Każdy gram ma znaczenie. Półprzewodnik-może sprawić, że lotnictwo elektryczne będzie faktycznie opłacalne poza małymi dronami.
Przechowywanie siatki- Może? Ale szczerze mówiąc, w przypadku przechowywania stacjonarnego waga nie ma znaczenia. LFP jest już wystarczająco tani i bezpieczny. Trudno pobić pod względem kosztów. Półprzewodnikowy-musi być NAPRAWDĘ tani, aby móc tu konkurować.
Czy przed zakupem pojazdu elektrycznego należy poczekać na stan-solidny?
Ciągle mnie o to pytają. Na imprezach (inżynierowie akumulatorów chodzą na imprezy, ok), na konferencjach, przypadkowi krewni na Facebooku.
Odpowiedź: Nie. Nie czekaj.
Jeśli chcesz teraz pojazd elektryczny, kup go teraz. Obecne pojazdy elektryczne są naprawdę dobre! Model 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, wszystkie solidne wybory. Sprawdzona technologia. Znana niezawodność.
Do czasu pojawienia się niedrogich, półprzewodnikowych pojazdów elektrycznych:
Swoim obecnym pojazdem elektrycznym będziesz jeździć już od 5+ lat
Technologia nadal będzie pierwszą-generacją, z nieznanymi problemami
Infrastruktura ładowania będzie jeszcze lepsza
Ceny używanych pojazdów elektrycznych mogły spaść, kto wie
Jeśli planujesz zakup pod koniec 2027 lub 2028 roku? WTEDY może poczekaj, aby zobaczyć, co faktycznie zostanie wydane. Ale nie odkładaj swojego życia na później.
Technologia stale się rozwija. Zawsze „wkrótce” nadejdzie coś lepszego. Nie mogę czekać wiecznie.
Z zakupem telewizora 4K czekałem do 2019 roku. Wiesz, co się stało? Były tańsze i lepsze. Ale też nie miałem telewizora 4K przez 6 lat. Czy było warto? Szczerze... nie. Powinienem był po prostu taki kupić.
Liczby gęstości energii to kłamstwa (w pewnym sensie)
OK, nie kłamie. Ale wprowadzające w błąd.
Wszyscy rzucają się w oczy liczbami gęstości energii. „400 Wh/kg!” „500 Wh/kg!” „900 Wh/kg!”
Oto, czego ci nie mówią:
Aktualne KOMÓRKI-litowo-jonowe: 250-300 Wh/kg
Aktualne PAKIETY litowo-jonowe: 150-200 Wh/kg
Widzisz różnicę? Pakiet obejmuje obudowę, chłodzenie, okablowanie i systemy zarządzania baterią. Na przykład 30–40% masy akumulatora to nawet nie akumulator.
Roszczenia dotyczące ogniwa-półprzewodnikowego: 400-500 Wh/kg
Rzeczywistość PACK w stanie stałym-: Kto wie? Może 250-350 Wh/kg?
Kiedy więc Toyota mówi „dwa razy większa gęstość energii!” porównują numery komórek-najlepszych przypadków z bieżącymi numerami pakietów. Nie jabłka do jabłek.
Rzeczywista poprawa na poziomie paczki wyniesie prawdopodobnie 50-75%. Co i tak jest świetne! Naprawdę świetnie! Ale nie rewolucję, jaką sugeruje marketing.
Również gęstość energii to nie wszystko. Gęstość mocy ma znaczenie (jak szybko się rozładowujesz). Życie na rowerze ma znaczenie. Wydajność temperaturowa. Koszt za kWh ma największe znaczenie w przypadku masowego przyjęcia.
Bateria, która kosztuje 2000 USD/kWh przy 500 Wh/kg, jest gorsza niż bateria, która kosztuje 100 USD/kWh przy 250 Wh/kg. W każdym razie dla większości zastosowań.
Moje aktualne rekomendacje
Jeśli jesteś zwykłą osobą:Zapomnij na razie o istnieniu-stanu półprzewodnikowego. Kupuj wszystko, czego potrzebujesz, korzystając z aktualnej technologii. To działa dobrze.
Jeśli kupujesz pojazd elektryczny w latach 2025-2026:Kup teraz, korzystając z aktualnej wersji litu-jonowego. Nie czekaj. Idealny pojazd elektryczny przyszłości nie nadejdzie wystarczająco szybko.
Jeśli jesteś inwestorem:To wysokie ryzyko i wysoka nagroda. Stawiałbym na uznanych graczy (Samsung, Toyota, CATL) zamiast na start-upy. Ale to tylko ja. Nie boję się-ryzyka, ponieważ widziałem zbyt wiele awarii i spaleń przy uruchamianiu akumulatorów. Dosłownie w jednym przypadku.
Jeśli jesteś inżynierem:Wejdź w to pole! To frustrujące jak cholera, ale naprawdę ekscytujące. Po prostu bądź przygotowany na powolny postęp i mnóstwo ślepych zaułków.
Jeżeli planujesz zakup w latach 2027-2028:Zacznij zwracać uwagę na to, kto faktycznie dostarcza, a kto tylko ogłasza. Stawiam na Samsunga i może Nissana.
Czego NIE robić:Nie kupuj „baterii-solid-state, które są już dostępne!” z szkicowych stron internetowych. Oni kłamią. Jeśli to prawda, będzie o tym głośno w głównych serwisach informacyjnych i u głównych producentów.
Aha i jeszcze jedno: jeśli potrzebujesz baterii TERAZ i chcesz czegoś pomiędzy zwykłym-litem litowo-jonowym a marzeniem o stanie stałym-? Zbadaćbaterie litowo-polimerowe. Nie są-stałe, ale o wiele bezpieczniejsze niż standardowe akumulatory-litowo-jonowe, nie przeciekają i można je kupić już dziś. Używany w wielu urządzeniach RC i niektórych telefonach. Nie rewolucyjne, ale faktycznie dostępne lol.
