Nii et siin me läheme. Haara kohvi. Või õlut. Ma ei mõista kohut.
Kiiresti, enne kui alustame- minu taust, kuna inimesed küsivad alati: olen akutehnoloogiaga jamanud alates 2016. aastast, töötanud kahes pankrotti läinud ettevõttes (lõbusad ajad), konsulteerinud kolme (vaevu) veel elusoleva ettevõtte jaoks ja praegu tegelen teadus- ja arendustegevusega... noh, ma ilmselt ei peaks ütlema, aga olete neist kuulnud. Olen ennast kaks korda liitiumitulega põletanud. Ärge soovitage seda. 0/10 kogemust.
Mis kurat ON tahke oleku{0}}aku?
Õige nii. Sinu telefoni aku? Sülearvuti? Elektriauto? Kõik sai vedelikku sees. Mitte nagu vesi-vedelik, pigem... paks keemiline vedelik. Orgaaniline elektrolüüt. Kõlab väljamõeldult, kuid põhimõtteliselt on see tuleohtlik materjal, mis laseb liitiumioonidel positiivsete ja negatiivsete külgede vahel edasi-tagasi ujuda.
Töötab hästi! Kuni seda ei juhtu. Siis läheb põlema.
Mul on endiselt lauasahtlis Samsung Galaxy Note 7, mida hoian meeldetuletuseks. Pärast tagasikutsumist pole seda kunagi uuesti sisse lülitanud. See on nagu väike tuleohtlik paberimass.
Tahkis{0}}aku =, mis asendab selle vedeliku tahkega.
See on kõik. See on kogu asi.
Tahke osa võib olla:
Keraamilised asjad (nagu uhke klaas, kuid raskem teha)
Polümeerketid (mõelge tõesti tihedale plastikule, kuid mitte päris plastikule)
Sulfiidühendid (need lõhnavad muide KOHUTAVALT, nagu tuhat korda mädamuna)
Oh ja lõbus tõsiasi, et sain teada, kuidas - mõned neist materjalidest reageerivad õhuniiskusega. Nagu vägivaldselt. Meil oli 2019. aastal üks üliõpilane, kes jättis ööseks pingile sulfiid-elektrolüüdi proovi. Saabus järgmisel hommikul, kogu asi oli põhimõtteliselt roostetanud. Lõhnas surma järele. Me ei saanud seda laborit nädal aega kasutada.
Miks kõik ei vaiki neist?
Olen kuulnud pooljuhtakudest- alates... 2015? 2014? Kusagil sealkandis. Igal aastal: "Ainult 3 aastat veel!"
Sellest on saanud akukogukonnas meem. Nagu termotuumaenergia. Alati 10 aastat eemal.
Kuid okei, hoolimiseks ON tegelikud põhjused:
1. Need (ilmselt) ei plahvata sulle näkku
Pole vedelikku=pole keevat vedelikku=ei suurene rõhku=pole poomi.
Ma mõtlen, et nad VÕIVAD ikka ebaõnnestuda. Olen näinud seda juhtuvat. Kuid tulekera asemel saad rohkem nagu... see lakkab töötamast ja läheb soojaks. Palju parem! Olin tunnistajaks, kuidas eelmisel aastal katsetamise ajal{4}}solid-state prototüüp ebaõnnestus ja see lihtsalt paisus veidi ja suri. Vedela liitium-iooniga peame katsetama plahvatuskilpide taga. Teistsugune vibe.
2. Rohkem energiat samas ruumis (väidetavalt)
Väiteid on . 50% rohkem? 100% rohkem? Kes teab. Paberil matemaatika töötab. Kas tegelikkuses? Eks me näe.
Toyota ütleb pidevalt, et 2027. või 2028. aastaks on neil 900 miili akud või midagi sellist. Ma usun seda, kui ma sõna otseses mõttes autoga sõidan. Seni on see aurutooted.
3. Laadib kiiremini (võib-olla)
Mõned keraamilised elektrolüüdid taluvad väidetavalt palju rohkem voolu, ilma et need laguneksid. Näiteks 10-minutiline täislaadimine.
Kas ma olen seda tööd laboris näinud? Jah, ükskord minu pisipildi suurusel müntpatareil.
Kas olen näinud, et see töötab auto{0}}suuruse akuga? Ei. Kellelgi pole. See kõik on simulatsiooniandmed ja väikesemahulised-testid.
4. Kestab kauem (me arvame)
Ilma vedeliku lagunemiseta peaksite saama rohkem laadimistsükleid. Tavaline liitium-ioon sobib umbes 500-1000 tsükliks, olenevalt sellest, kuidas te seda ravite. Tahkis-olekul peaks paremini minema.
Kuid siin on asi, - mida me tegelikult veel ei TEADA, sest keegi pole neid 10 aastat kasutanud. Pikaajalist-usaldusväärsust laboris testida ei saa. Peate lihtsalt ootama ja vaatama.
Oota, millega me seda üldse võrdleme?
Oh jama, ma peaksin ilmselt selgitama, mis seal praegu on. Minu paha.
Tavaline liitiumioon{0}}(mis on kõiges)
Teie telefon, sülearvuti, tõenäoliselt teie auto, kui see on elektriline
Energia: ~250{1}}300 Wh/kg (see on vatt-tundi kilogrammi kohta, nohikuühikud)
Odav praegu teha, sest oleme seda teinud igavesti
Süttib täiesti põlema, kui selle läbi torkate või üle laadite
Hoian igaks juhuks oma laboris ämbrit liiva
LFP akud (liitiumraudfosfaat)
Ohutum, ei sütti tegelikult isegi siis, kui proovite
Väiksem energiatihedus kui - umbes 160–180 Wh/kg
Kestab IGAVESTI nagu 3000+ tasu
Odavam kui teised liitiumitüübid
See on see, mis on nüüd minu arvates Tesla baasmudelis? Ärge tsiteeri mind selles
NMC/NCA (kallimad)
Nikkel-mangaankoobalt või nikkelkoobalt-alumiinium
Suur jõudlus, 250-280 Wh/kg
Kasutab koobaltit, mis... jah, Kongos on laste tööjõuprobleemid, muud jama
Kallim
Parem jõudlus, kuigi ei valeta
Tahke olek-(müütiline olend)
NÕUDED 400-500 Wh/kg
Praegu palju kallim
Tootmine on praegusel hetkel põhimõtteliselt must maagia
Väidetavalt turvalisem, kuid meil pole piisavalt andmeid
Olgu, aga mis neis tegelikult head on?
Vaata, ma olen enamiku asjade suhtes skeptiline, kuid tahkis{0}}on tõelised eelised. Ei hakka teisiti teesklema.
Ohutus on parem.
Olen isiklikult testinud mõlemat tüüpi. Tavaliste liitium-ioonidega kanname näokaitseid ja tulekustuteid on kõikjal. Tahkis{3}}prototüüpidega? Ikka ettevaatlik, kuid vähem "see võib plahvatada" energiat.
Eelmisel kuul oli meil testelemendi lühis. Pooljuht-muutus just kuumaks ja lakkas töötamast. Kui see oleks olnud tavaline liitiumioon{3}}, oleksime kindlasti tulekahju saanud.
Suuruse/kaalu asi on tõeline, KUI tarnivad.
400 Wh/kg tootmises oleks tõeliselt revolutsiooniline. Teie EV aku võib sama vahemiku puhul kaaluda poole vähem. VÕI sama kaal, kahekordne vahemik.
Aga see on suur IF. Laboritulemused ei tähenda alati tootmist. Pagan, nad TAVALISEsti ei tõlgi.
Temperatuuri jõudlus peaks olema parem.
Tahked elektrolüüdid töötavad laiemas temperatuurivahemikus kui vedelad. Teie auto aku Chicagos talvel -20 kraadi F? Peaks paremini töötama. Arizona suvi temperatuuril 120 kraadi F? Samuti parem.
Kuigi lõbus lugu -, tuleb mõned keraamilised elektrolüüdid hästi toimimiseks hoida SOOJAS. Seega on aku jaoks vaja kütteseadet. Mis kasutab jõudu. See kaotab eesmärgi lol.
Dendriite pole.
See on pesapalli sees, aga mis iganes. Liitiumpatareide laadimisel võivad väikesed metallist ogad, mida nimetatakse dendriitideks, kasvada ühelt elektroodilt teise poole. Lõpuks tungivad nad läbi separaatori ja lühistavad akut. Nii sureb enamik liitium-ioonakusid.
Tahked elektrolüüdid peaksid dendriite blokeerima. Kõvad materjalid, ei saa läbi torgata. Teoreetiliselt.
Praktikas? Eh. Oleme näinud dendriite kasvamas läbi tahkete elektrolüütide. Materjaliteadus on raske.
Probleemid, mida kõik ignoreerivad (aga ma ei tee seda)
Olgu, pange kinni, sest see on koht, kus ma ajan mõned inimesed välja.
Praegu nad vaevu ei tööta.
Vabandust! See on tõsi! Enamik "läbimurdelistest" tahkispatareidest{0}}, mille kohta pressiteadetest lugesite? Nad töötavad umbes 10 tsüklit. Võib-olla 50, kui sul veab. Ideaalsetes laboritingimustes. Täpselt 25 kraadi juures. Puhub nõrga kirdetuulega.
Teie auto aku peab töötama 1000+ tsüklit Minnesota talvel ja Texase suvel ning kõikjal nende vahel. Me pole mastaabis veel lähedalgi.
Olin eelmisel aastal konverentsil (Aku sümpoosion Orlandos, märts 2024) ja nägin ettekannet idufirmalt, mis nõudis 500 tsüklit. Läks pärast nende boksi. Küsis üksikasju. Nad jäid väga kiiresti vaikseks. Selgub, et need 500 tsüklit olid 0,1 C laadimiskiirusel ja laadimiste vahel oli 4 tundi. Päris rakenduste jaoks täiesti kasutu.
Tootmine on täielik õudusunenägu.
Oleme kulutanud 30+ aastat, et välja mõelda, kuidas muuta liitium-ioonakud odavaks ja töökindlaks. Tehased, seadmed, kvaliteedikontroll - on kõik sisse valitud.
Tahkis{0}}? Alustades nullist.
Erinevad seadmed. Erinevad protsessid. Erinevad rikkerežiimid. Kõik on raskem.
Rääkisin eelmisel kuul QuantumScape'i kutiga (olime mõlemad lennujaama baaris, ta oli joonud nagu 3 õlut, ajas juttu) ja ta ütles, et nende suurim probleem pole enam isegi tehnoloogia. See mõtleb välja, kuidas teha 10 000 akut, mis on kõik identsed. Järjepidevus mastaabis on NII RASKE.
Liidese probleem tapab kõik.
See on tehniline, kuid oluline: kui tahke elektrolüüt puudutab tahket elektroodi, tekib takistus. See on nagu katse juhtida elektrit läbi kahe kareda pinna, mis on kokku surutud. Pole suurepärane kontakt.
Vedela elektrolüüdiga täidab vedelik kõik mikroskoopilised tühimikud. Ideaalne kontakt igal pool. Kas solid -on-solid? Mitte nii palju.
Inimesed proovivad kõike: spetsiaalseid katteid, surve avaldamist, kuumutamist, uusi materjale, ohvrikihte, puhvertsoone. Miski ei tööta veel ideaalselt. Iga lahendus tekitab uusi probleeme.
Need pragunevad ja see on väga halb.
Keraamilised tahked elektrolüüdid on rabedad. Kui akud laadivad, paisuvad need veidi. Tühjenemine, nad kahanevad. Tehke seda 1000 korda ja teie keraamika võib puruneda.
Üks väike mõra=tühi aku. Niiskus satub sisse, jõudlus langeb, mäng läbi.
Olen näinud kauneid tahkis{0}}rakke, mis töötasid ideaalselt 50 tsüklit, seejärel mõranesid ja siis lakkasid töötamast. Südantlõhestav. Ja kallis.
Polümeerelektrolüüdid ei pragune nii kergesti, kuid neil on palju madalam ioonjuhtivus. Alati kompromissid-.
Maksumus paneb mind nutma.
Praeguste hinnangute kohaselt on tahkis{0}}akud 10-20 korda kallimad kui tavalised liitiumioonakud. kWh kohta.
Jah, kulud vähenevad mastaabiga. Nad teevad seda alati. Kuid me räägime AASTATE pikkusest arendustegevusest ja Miljarditest kapitaliinvesteeringutest, enne kui jõuame kulude pariteeti.
Tesla 4680 elemendid maksavad umbes 100 dollarit kWh kohta. Tahkis-võib praegu olla 1000 $/kWh. Võib-olla rohkemgi. Keegi ei avalda tegelikke numbreid, kuna need on piinlikud.
Kes neid asju tegelikult teeb? (Ja kes sellest just räägib)
Oh, okei, see saab olema segane, sest nagu 50+ ettevõtet väidavad, et nad on "peamiselt akusid muutma", kuid lubage mul keskenduda sellele, kes tegelikult asju teeb:
QuantumScape- Tõenäoliselt kõige kaugemale jõudnud autotööstuse rakenduste osas. Keraamilise eraldaja kasutamine. Toetavad VW ja Bill Gates. Nende aktsia kasvas 130 dollarilt 10 dollarini. Oeh. Kuid nad töötavad endiselt ja on näidanud korralikke testitulemusi. Kuigi ajaskaala libiseb, mis on... murettekitav, aga ka realistlik? Ma ei tea, kuidas nendesse ausalt suhtuda.
Tugev jõud- BMW ja Ford toetasid. Sulfiidne elektrolüüt. Viimati kuulsin, et neil on endiselt tootmisprobleeme. Ka nende ajaskaala on libisenud. Kõigi ajagraafikud libisevad. See on akutööstuse lemmik ajaviide.
Samsung SDI- Neil on tegelikult tootmises pooljuht-akud! Aga pisikesed. Kantavate esemete jaoks. Meditsiiniseadmed. Kuuldavad (jah, see on nüüd ilmselt sõna). Auto{6}}suurune kraam? Ikka veel arendusjärgus. Nad ütlevad 2027. Ma ütlen 2029-2030 realistlikult.
Toyota- Oh poiss. Toyota on tõotanud kindla olekuga-aku läbimurdeid juba enne, kui ma sellel alal töötama hakkasin. Nad esitavad rohkem patente kui keegi teine. Nad teevad igal aastal suuri teadaandeid. Ja veel... ühtegi toodet.
MA TAHAN neid uskuda. Need on Toyota. Nad teavad tootmist. Aga lollitage mind üks kord, häbi. Lolli mind 47 korda...
Nad ütlesid, et 2025, siis 2027, nüüd on 2027-2028. Panen raha 2030 miinimumile.
Nissan- Olen sellest vaiksem, mida ma tegelikult austan. Oletame, et neil on katsetootmine aastatel 2024–2025. Realistlikum ajaskaala kui mõned teised. Arvan, et töötate NASAga mõne asja kallal? Ära tsiteeri mind.
CATL- Hiina ettevõte, maailma suurim akude tootja. Kui nad liiguvad, märkavad seda kõik. Nad töötavad kindlal-olekul, kuid on ennustuste osas VÄGA konservatiivsed. Mis paneb mind neid rohkem usaldama. Nad teavad tootmismahtu. Nad teavad, mis on raske.
StoreDot- Iisraeli käivitus, ülimalt kiire laadimise fookus. Lahedad demod. Skaleerimine on küsimus. Alati küsimus.
Seal on ka Factorial Energy, ProLogium, Ionic Materials, Sakuu, Blue Current, Ilika... sõna otseses mõttes veel kümneid. Enamik ebaõnnestub. Just nii see käibki. Aku käivitamise edukus on umbes 5%.
Kas saate selle kohe osta?
Lühike vastus:Ei.
Pikem vastus:Ikka mitte, välja arvatud juhul, kui ostate 500 000 dollari eest enam kui 500 000 dollari eest EV prototüüpi või mõnda väikest spetsiaalset akut meditsiiniseadmete jaoks.
Veel pikem vastus:Samsungil on saadaval mõned tahkis{0}}akud, kuid need on kallid ja väikesed. Me räägime nagu mündielemendi suurusest. Pole kasulik enamiku rakenduste jaoks.
Tõenäoliselt on esimesed tahkis{0}}tarbekaubad:
Premium nutitelefonid- Samsung või Apple soovivad uhkustada. "Esimene pooljuht-akutelefon!" Suurepärane turundus. Ilmselt 2026-2027.
Piiratud tootmisega elektriautod- Mõni luksusbränd toodab pooljuhtakudega-500 ühikut. Maksab 200 000 dollarit. Tõesta, et tehnoloogia töötab. 2027-2028.
Kvaliteetsed-e-jalgrattad/tõukerattad- Väiksem aku muudab selle majanduslikult otstarbekamaks. 2026?
Massiturg? Mees, keda ma ei tea. 2030 kõige varem. Võib-olla 2032-2035, et olla ohutu. Ja isegi siis võib "massiturg" tähendada "valikulist versiooniuuendust 10 000 dollari eest".
Olen ilmselt pessimistlik. Kuid ma olen liiga palju kordi pettunud.
Milleks neid tegelikult kasutatakse?
Kohe praegu? PowerPointi esitlused enamasti.
Aga tõsiselt:
Elektriautod- See on see, millest kõik hoolivad. 500+ miil, 10-minutiline laadimine, kergem, turvalisem. Muudaks tõeliselt EV turgu. KUI see juhtub.
Telefonid ja sülearvutid- Kujutage ette, et teie telefon peab intensiivse kasutamise korral vastu 2 päeva. Või olla poole paksem. Või ei teki enam kunagi Samsung Note 7 olukordi. See on unistus.
Meditsiinilised implantaadid- See on koht, kus mõnda pooljuhtakut- kasutatakse JUBA! Südamestimulaatorid vajavad patareisid, mis 100% ei tõrju ega leki teie kehas. Tahkis-on selleks ideaalne. Väike aku, ei pea olema odav, ohutus on kõik.
Droonid/lennundus- Elektrilised lennukid vajavad võimalikult suurt energiatihedust. Iga gramm on oluline. Tahkis-võib muuta elektrilennunduse tegelikult elujõuliseks ka peale väikeste droonide.
Võrgusalvestus- Võib-olla? Kuid ausalt öeldes statsionaarse ladustamise puhul pole kaal oluline. LFP on juba piisavalt odav ja ohutu. Kulusid on raske ületada. Tahkis{4}}peaks siin konkureerimiseks VÄGA odavalt saama.
Kas peaksite enne elektrisõiduki ostmist ära ootama tahke{0}}oleku?
Minult küsitakse seda pidevalt. Pidudel (akuinsenerid käivad pidudel okei), konverentsidel, suvalised sugulased Facebookis.
Vastus: Ei. Ära oota.
Kui soovite elektriautot kohe, ostke EV kohe. Praegused EV-d on tõesti head! Mudel 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, kõik kindlad valikud. Tõestatud tehnoloogia. Tuntud usaldusväärsus.
Selleks ajaks, kui taskukohased tahkis-{0}}elektroonid on olemas:
Olete oma praeguse EV-ga sõitnud juba 5+ aastat
Tehnika on endiselt esimene{0}}põlvkond, millel on tundmatuid probleeme
Laadimisinfrastruktuur muutub veelgi paremaks
Kasutatud elektriautode hinnad võisid kukkuda, kes teab
Kui plaanite osta 2027. aasta lõpus või 2028. aastal? SIIS võib-olla oodata, et näha, mis tegelikult vabastatakse. Kuid ärge pange oma elu ootele.
Tehnoloogia paraneb pidevalt. Alati on "varsti" midagi paremat tulemas. Ei jõua igavesti oodata.
Ootasin 4K-teleri ostmist kuni 2019. aastani. Kas teate, mis juhtus? Need said odavamaks ja paremaks. Aga mul polnud ka 6 aastat 4K telerit. Kas see oli seda väärt? Ausalt... ei. Oleks pidanud just ühe ostma.
Energiatiheduse numbrid on valed (omamoodi)
Okei ei valeta. Aga eksitav.
Kõik loobivad energiatiheduse numbreid. "400 Wh/kg!" "500 Wh/kg!" "900 Wh/kg!"
Siin on see, mida nad teile ei ütle:
Praegused liitiumioon{0}}RAKUD: 250-300 Wh/kg
Praegused liitiumioon{0}}PAKID: 150-200 Wh/kg
Kas näete erinevust? Pakett sisaldab korpust, jahutust, juhtmeid, akuhaldussüsteeme. Nagu 30–40% aku massist pole isegi aku.
Tahkis{0}}lahtri nõuded: 400-500 Wh/kg
Tahkis{0}}PACK-i tegelikkus: Kes teab? 250-350 Wh/kg ehk?
Nii et kui Toyota ütleb "kaks korda suurem energiatihedus!" nad võrdlevad parimaid{0}}juhtude numbreid praeguste pakkide numbritega. Mitte õuntest õuntele.
Tõenäoliselt on pakendi tasemel tegelik paranemine 50-75%. Mis on ikka suurepärane! Tõesti suurepärane! Kuid mitte revolutsiooni turundus tähendab.
Ka energiatihedus ei ole veel kõik. Võimsustihedus on oluline (kui kiiresti tühjenetakse). Tsükli eluiga on oluline. Temperatuuri jõudlus. Massilise kasutuselevõtu jaoks on kõige olulisem kulu kWh kohta.
Aku, mis maksab 2000 $/kWh 500 Wh/kg juures, on halvem kui 100 $/kWh 250 Wh/kg aku. Enamiku rakenduste puhul ikkagi.
Minu tegelikud soovitused
Kui olete tavaline inimene:Unustage, et tahkis{0}}oleks praegu olemas. Ostke praeguse tehnoloogiaga kõike, mida vajate. See töötab hästi.
Kui ostate EV aastatel 2025-2026:Ostke kohe praeguse liitium{0}}iooniga. Ära oota. Täiuslik tuleviku EV ei tule piisavalt kiiresti.
Kui olete investor:See on kõrge risk, kõrge tasu. Panustaksin väljakujunenud mängijatele (Samsung, Toyota, CATL), mitte alustavatele ettevõtetele. Aga see olen ainult mina. Olen riski-kartlik, sest olen näinud liiga palju akukäivitusi kokku jooksmas ja põlemas. Sõna otseses mõttes ühel juhul.
Kui olete insener:Astuge sellele valdkonnale! See on pagana masendav, kuid tõeliselt põnev. Lihtsalt olge valmis aeglaseks edenemiseks ja paljudeks ummikteedeks.
Kui plaanite osta aastatel 2027-2028:Hakake tähelepanu pöörama sellele, kes tegelikult toimetab, võrreldes sellega, kes lihtsalt teatab. Minu raha on Samsungil ja võib-olla Nissanil.
Mida MITTE teha:Ärge ostke "tahkepatareid{0}} kohe saadaval!" visandlikelt veebisaitidelt. Nad valetavad. Kui see on tõsi, on see suuremates uudisteväljaannetes ja suurematelt tootjatelt.
Ja veel üks asi: kui vajate akusid KOHE ja soovite midagi tavalise liitium{0}}iooni ja tahkis{1}}unistuste vahel? Vaata sisseliitiumpolümeer akud. Need ei ole tahkis-, kuid palju turvalisemad kui tavaline li-, ei leki ja saate need juba täna hankida. Kasutatud tonnides RC asjades ja mõnes telefonis. Mitte revolutsiooniline, kuid tegelikult saadaval lol.
