จีนเปิดรับการปฏิวัติแบตเตอรี่โซลิดสเตทรุ่นใหม่ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

เซี่ยงไฮ้ -- ในความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่อาจเปลี่ยนอนาคตของรถยนต์ไฟฟ้า นักวิจัยชาวจีนได้ระบุกลไกเบื้องหลังความล้มเหลวของแบตเตอรี่ลิเธียมแบบโซลิดสเตต

สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อจีนก้าวขึ้นเป็นผู้นำระดับโลกในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ลิเธียม ปัจจุบันประเทศกำลังแข่งขันกับคู่แข่งระดับนานาชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากญี่ปุ่นและสาธารณรัฐเกาหลี เพื่อนำเทคโนโลยีแบตเตอรี่รุ่นต่อไปมาใช้

แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตต ซึ่งได้รับการยกย่องอย่างกว้างขวางว่าเป็นหนึ่งในโซลูชันที่มีแนวโน้มมากที่สุดในทศวรรษหน้า อาจปฏิวัติการจัดเก็บพลังงาน อย่างไรก็ตาม การเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคยังคงเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในปัจจุบัน

การค้นหาสาเหตุหลัก

ต่างจากอิเล็กโทรไลต์เหลวที่ใช้ในแบตเตอรี่ทั่วไป อิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดสเตตต้องดิ้นรนเพื่อดูดซับความเครียดที่เกิดจากการขยายตัวและการหดตัวของลิเธียมในระหว่างรอบการชาร์จ

ความเครียดเหล่านี้สามารถทำให้เกิดรอยร้าวหรือการก่อตัวของเดนไดรต์ ซึ่งเป็นโครงสร้างคล้ายเข็มขนาดเล็กที่สามารถกระตุ้นให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายครั้งใหญ่ต่อการนำเทคโนโลยีไปใช้ในอุตสาหกรรม

ในการศึกษาใหม่ของพวกเขา นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Tongji และมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี Huazhong พบว่าความล้มเหลวของแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับความล้าของรอบการทำงานของขั้วบวกโลหะลิเธียม

พวกเขายังสังเกตอีกด้วยว่าความล้าดังกล่าวเป็นไปตามหลักการทางกลศาสตร์ที่กำหนดไว้อย่างดี เช่น การงอคลิปหนีบกระดาษซ้ำๆ ทำให้มันอ่อนแอลงจนในที่สุดก็แตก

การค้นพบนี้ ซึ่งเผยแพร่เมื่อวันศุกร์ในวารสาร Science ได้จัดเตรียมกรอบการทำงานเชิงปริมาณสำหรับการทำนายวงจรชีวิตของแบตเตอรี่ และเปิดเส้นทางใหม่สำหรับการออกแบบระบบจัดเก็บพลังงานที่ใช้งานได้นานขึ้น

"งานนี้ตระหนักถึงความสำคัญของความล้าในการทำงานของขั้วบวกโลหะลิเธียมในแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตต" Jagjit Nanda และ Sergiy Kalnaus นักวิทยาศาสตร์แบตเตอรี่ชาวอเมริกันสองคนกล่าวในมุมมองเกี่ยวกับการวิจัย

การปฏิวัติแบตเตอรี่

การวิจัยนี้เน้นย้ำถึงการลงทุนด้านการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องของจีนในด้านเคมีไฟฟ้าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความก้าวหน้าเหล่านี้กำลังขับเคลื่อนความได้เปรียบทางอุตสาหกรรมของจีน และกำหนดเวทีให้ประเทศทำซ้ำความสำเร็จในยุคปฏิวัติเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่กำลังจะมาถึง

แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตที่ใช้อิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดสเตตแทนอิเล็กโทรไลต์เหลว ให้ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่ามาก (สูงถึง 500 Wh/kg) กว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเหลวแบบดั้งเดิม (200-300 Wh/kg) ซึ่งให้พลังงานมากขึ้นในปริมาณเท่าเดิมและลดขนาดแบตเตอรี่

นอกจากนี้ยังมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีกว่า ไม่ติดไฟ และไม่มีความเสี่ยงในการรั่วไหลของของเหลว ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการจุดระเบิดและระเบิดเองได้อย่างมาก

Ouyang Minggao ผู้เชี่ยวชาญด้านระบบพลังงานใหม่และศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Tsinghua คาดการณ์ว่าการเข้าถึงความหนาแน่นของพลังงาน 500 Wh/kg จะขึ้นอยู่กับความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุ โดยปี 2027 พร้อมที่จะเป็นปีสำคัญสำหรับนวัตกรรมที่ก้าวล้ำ

บริษัทแบตเตอรี่ยักษ์ใหญ่ของจีน CATL และ BYD ได้กำหนดเป้าหมายปี 2027 สำหรับการผลิตแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตในขนาดเล็ก

ทีมวิทยาศาสตร์กำลังเพิ่มความร่วมมือกับบริษัทแบตเตอรี่แนวหน้าเพื่อเร่งการนำเทคโนโลยีไปใช้ในเชิงพาณิชย์

สถาบันเทคโนโลยีขั้นสูงเซินเจิ้นภายใต้สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีนได้ลงนามในข้อตกลงความร่วมมือกับ BYD โดยมุ่งเน้นไปที่สาขาที่ทันสมัย เช่น แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตต

Sun Huajun, CTO ของแผนกแบตเตอรี่ของ BYD คาดการณ์ว่าแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตจะประสบความสำเร็จในการประยุกต์ใช้ในวงกว้างประมาณปี 2030

ความได้เปรียบของจีนในการผลิตแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตทั้งหมดในปริมาณมากอยู่ที่ขนาดอุตสาหกรรมและตลาดที่กว้างใหญ่

"ด้วยห่วงโซ่อุตสาหกรรมที่สมบูรณ์ที่สุด ตลาดที่ใหญ่ที่สุด และนักวิจัยมากที่สุด เรามีความมั่นใจอย่างสูงในแนวทางและแผนงานของจีนสำหรับเทคโนโลยีนี้" Zu Sijie รองประธาน SAIC Motor กล่าว