Pa idemo. Uzmite kavu. Ili pivo. Ne osuđujem.
Vrlo brzo prije nego što počnemo- moja pozadina jer ljudi uvijek pitaju: petljam se s tehnologijom baterija od 2016., radio sam za dvije tvrtke koje su bankrotirale (zabavna vremena), konzultirao sam tri koje su još uvijek žive (jedva) i trenutačno radim istraživanje i razvoj za... pa, vjerojatno ne bih trebao reći, ali čuli ste za njih. Dva puta sam se opekao litijumskom vatrom. Ne preporučujem. 0/10 iskustva.
Što je dovraga uopće solid{0}}baterija?
Točno tako. Baterija vašeg telefona? Laptop? Električni auto? Sve ima tekućine unutra. Ne kao voda-tekućina, više kao... gusta kemijska tekućina. Organski elektrolit. Zvuči otmjeno, ali u osnovi je to zapaljiva tekućina koja dopušta litij ionima da plivaju naprijed-natrag između pozitivne i negativne strane.
dobro radi! Dok se ne dogodi. Zatim se zapali.
Još uvijek imam Samsung Galaxy Note 7 u ladici stola koji čuvam kao podsjetnik lmao. Nikada ga nisam ponovno uključio nakon opoziva. To je kao mali uteg za papir opasan od požara.
Solid{0}}baterija=zamjenjuje tu tekućinu krutom.
to je to To je cijela stvar.
Čvrsti dio može biti:
Keramičke stvari (poput otmjenog stakla, ali teže ih je napraviti)
Polimerni lanci (mislite na stvarno gustu plastiku, ali ne baš na plastiku)
Sulfidni spojevi (usput, smrde STRAŠNO, poput pokvarenih jaja puta tisuću)
Oh i zabavna činjenica naučio sam na teži način - neki od ovih materijala reagiraju s vlagom u zraku. Kao nasilno. Imali smo studenta 2019. godine koji je ostavio uzorak sulfidnog elektrolita na klupi preko noći. Došao je sljedećeg jutra, cijela je stvar zapravo korodirala. Smrdjelo je na smrt. Nismo mogli koristiti taj laboratorij tjedan dana.
Zašto svi ne šute o njima
Čovječe, slušam o solid{0}}baterijama od... 2015? 2014? Tamo negdje. Svake godine: "Još samo 3 godine!"
Postao je meme u zajednici baterija. Kao fuzijska snaga. Uvijek 10 godina daleko.
Ali u redu, postoje pravi razlozi za brigu:
1. (Vjerojatno) vam neće eksplodirati u lice
Nema tekućine=nema ključanja tekućine=nema povećanja tlaka=nema buma.
Mislim, oni još uvijek MOGU uspjeti. Vidio sam da se to dogodilo. Ali umjesto vatrene kugle dobivate više kao... prestaje raditi i zagrijava se. Puno bolje! Svjedočio sam kvaru-prototipa čvrstog stanja tijekom testiranja prošle godine i u biti je samo malo nabubrio i umro. S tekućim litij-ionom moramo testirati iza štitova od eksplozije. Drugačija vibra.
2. Više energije u istom prostoru (navodno)
Tvrdnje su divlje. 50% više? 100% više? Tko zna. Na papiru matematika funkcionira. U stvarnosti? Vidjet ćemo.
Toyota stalno govori da će imati baterije od 900 milja do 2027. ili 2028. ili tako nešto. Vjerovat ću kad bukvalno budem vozio auto. Do tada je vaporware.
3. Puni se brže (možda)
Neki od keramičkih elektrolita navodno mogu podnijeti mnogo više struje bez degradacije. Dakle, 10-minutna puna punjenja.
Jesam li vidio da ovo radi u laboratoriju? Da, jednom, na dugmastu bateriju veličine mojeg nokta.
Jesam li vidio da radi na akumulatoru veličine-automobila? ne Nitko nije. Sve su to podaci o simulaciji i mali-testovi.
4. Traje duže (mislimo)
Bez razgradnje tekućine trebali biste dobiti više ciklusa punjenja. Obični litij-ion dobar je za otprilike 500-1000 ciklusa, ovisno o tome kako s njime postupate. Solid-state bi trebao biti bolji.
Ali evo stvari - koju zapravo još ne ZNAMO jer ih nitko ne koristi već 10 godina. Ne može se testirati dugoročna-pouzdanost u laboratoriju. Samo moraš pričekati i vidjeti.
Čekaj, s čim ovo uopće uspoređujemo?
O, sranje, da, vjerojatno bih trebao objasniti što je sada vani. Moja greška.
Obični litij-ion (što je u svemu)
Vaš telefon, laptop, vjerojatno vaš automobil ako je električni
Energija: ~250-300 Wh/kg (to je vat-sati po kilogramu, štreberske jedinice)
Sada je jeftino za napraviti jer to radimo oduvijek
Apsolutno će se zapaliti ako ga probušite ili prepunite
Držim kantu pijeska u svom laboratoriju za svaki slučaj
LFP baterije (litij željezo fosfat)
Sigurnije, neće se stvarno zapaliti čak i ako pokušate
Manja gustoća energije od - oko 160-180 Wh/kg
Traje ZAUVIJEK kao 3000+ punjenja
Jeftiniji od ostalih vrsta litija
Mislim da je ovo sad u osnovnom modelu Tesle? Nemoj me citirati o tome
NMC/NCA (The Expensive Ones)
Nikal Mangan Kobalt ili Nikal Kobalt Aluminij
Visoka učinkovitost, 250-280 Wh/kg
Koristi kobalt koji... da, u Kongu postoje problemi s dječjim radom, cijeli drugi nered
Skuplji
Bolja izvedba, ali neću lagati
Solid{0}}State (Mitsko stvorenje)
ZAHTJEVI 400-500 Wh/kg
Trenutačno puno skuplje
Proizvodnja je u ovom trenutku zapravo crna magija
Navodno sigurnije, ali također nemamo dovoljno podataka
U redu, ali što je zapravo dobro u njima?
Gledajte, skeptičan sam oko većine stvari, ali solid{0}}stanje ima stvarne prednosti. Neću se pretvarati drugačije.
Sigurnost je legitimno bolja.
Osobno sam testirao obje vrste. S običnim litij-ionskim nosimo štitnike za lice i posvuda imamo aparate za gašenje požara. S prototipovima-u čvrstom stanju? Još uvijek oprezno, ali manje energije "ovo bi moglo eksplodirati".
Prošlog mjeseca imali smo kratki spoj ispitne ćelije. Solid{1}}state jedan se upravo zagrijao i prestao raditi. Da je to bio obični litij-ion, sigurno bismo imali požar.
Veličina/težina je stvarna AKO isporuče.
400 Wh/kg u proizvodnji bilo bi istinski revolucionarno. Vaša bi baterija za EV mogla biti upola manja za isti domet. ILI ista težina, dvostruki raspon.
Ali to je veliki AKO. Laboratorijski rezultati se ne prevode uvijek u proizvodnju. Dovraga, oni OBIČNO ne prevode.
Temperaturne performanse bi trebale biti bolje.
Čvrsti elektroliti djeluju u širim temperaturnim rasponima nego tekući. Vaš akumulator u Chicagu zimi na -20 stupnjeva F? Trebalo bi bolje funkcionirati. Ljeto u Arizoni na 120 stupnjeva F? Također bolje.
Iako zabavna priča - neki keramički elektroliti zapravo moraju biti TOPLI da bi dobro funkcionirali. Dakle, potreban vam je grijač za bateriju. Koji koristi snagu. Nekako poništava svrhu lol.
Nema dendrita.
Ovo je unutar bejzbola, ali kako god. Kada punite litijeve baterije, mali metalni šiljci zvani dendriti mogu rasti od jedne elektrode prema drugoj. Na kraju probiju separator i kratko spoje bateriju. Tako crkne većina litij-ionskih baterija.
Čvrsti elektroliti bi trebali blokirati dendrite. Tvrdi materijali, ne mogu se probiti. Teoretski.
U praksi? Eh. Vidjeli smo kako dendriti rastu kroz neke čvrste elektrolite. Znanost o materijalima je teška.
Problemi koje svi ignoriraju (ali ja neću)
U redu, vežite se jer ću ovdje razbjesniti neke ljude.
Trenutno jedva rade.
oprosti! Istina je! Većina "revolucionarnih" polu{0}}baterija o kojima čitate u priopćenjima za javnost? Djeluju oko 10 ciklusa. Možda 50 ako budeš imao sreće. U savršenim laboratorijskim uvjetima. Na točno 25 stupnjeva. Uz slab povjetarac sa sjeveroistoka.
Akumulator vašeg automobila mora raditi 1000+ ciklusa zimi u Minnesoti i ljeti u Teksasu i svugdje između. Nismo još ni blizu u opsegu.
Bio sam na konferenciji prošle godine (Battery Symposium u Orlandu, ožujak 2024.) i vidio sam prezentaciju startupa u kojoj se tvrdilo 500 ciklusa. Poslije sam otišao do njihovog štanda. Pitao za detalje. Jako su brzo utihnuli. Ispada da je tih 500 ciklusa bilo pri brzini punjenja od 0,1 C s 4 sata između punjenja. Potpuno beskoristan za stvarne primjene.
Proizvodnja je apsolutna noćna mora.
Proveli smo 30+ godina smišljajući kako litij-ionske baterije učiniti jeftinim i pouzdanim. Tvornice, oprema, kontrola kvalitete - sve je uključeno.
Čvrsto-stanje? Krenuvši od nule.
Različita oprema. Različiti procesi. Različiti načini kvarova. Sve je teže.
Razgovarao sam s tipom iz QuantumScapea prošli mjesec (obojica smo bili u baru u zračnoj luci, popio je otprilike 3 piva, počeo brbljati) i rekao je da njihov najveći problem više nije ni tehnologija. Smišlja kako napraviti 10 000 baterija koje su sve identične. Dosljednost u mjerilu je TAKO TEŠKA.
Problem sa sučeljem ubija sve.
Ovo je tehnički, ali važno: gdje čvrsti elektrolit dodiruje čvrstu elektrodu, dobivate otpor. To je kao da pokušavate propustiti struju kroz dvije hrapave površine stisnute jedna uz drugu. Nije dobar kontakt.
Kod tekućeg elektrolita tekućina ispunjava sve mikroskopske praznine. Savršen kontakt posvuda. S čvrstim-na-čvrstim? Ne toliko.
Ljudi pokušavaju sve: posebne premaze, primjenu pritiska, zagrijavanje, nove materijale, žrtvene slojeve, tampon zone. Ništa još ne radi savršeno. Svako rješenje stvara nove probleme.
Pucaju i to je jako loše.
Keramički čvrsti elektroliti su krti. Kad se baterije pune, malo nabubre. Iscjedak, oni se skupljaju. Učinite to 1000 puta i vaša keramika može popucati.
Jedna mala pukotina=prazna baterija. Ulazi vlaga, performanse padaju, igra gotova.
Vidio sam prekrasne-state ćelije koje su savršeno radile 50 ciklusa, a zatim su pukle i prestale raditi. Srceparajući. I skupo.
Polimerni elektroliti ne pucaju tako lako, ali imaju znatno nižu ionsku vodljivost. Uvijek pravi-ustupke.
Trošak me tjera da plačem.
Trenutačne procjene pokazuju da su solid{0}}baterije 10-20 puta skuplje od uobičajenih litij-ionskih. Po kWh.
Da, troškovi će pasti s razmjerom. Uvijek to rade. Ali govorimo o GODINAMA razvoja i MILIJARDAMA kapitalnih ulaganja prije nego što dođemo do pariteta troškova.
Tesline 4680 ćelije koštaju oko 100 USD/kWh. U-čvrstom stanju trenutno bi mogla biti 1000 USD/kWh. Možda i više. Nitko ne objavljuje prave brojke jer su neugodne.
Tko zapravo proizvodi ove stvari? (A tko samo priča o tome)
Oh, čovječe, ovo će biti zbrkano jer ima 50+ tvrtki koje tvrde da će "uvesti revoluciju u baterije", ali dopustite mi da se usredotočim na to tko zapravo radi:
QuantumScape- Vjerojatno najdalje za automobilske primjene. Korištenje keramičkog separatora. Podržavaju VW i Bill Gates. Njihove su dionice porasle sa 130 dolara na 10 dolara. jao Ali još uvijek rade i pokazali su pristojne rezultate testiranja. Vremenska crta ipak izmiče, što je... zabrinjavajuće, ali i realno? Iskreno, ne znam što da osjećam prema njima.
Čvrsta snaga- Podržani BMW i Ford. Sulfidni elektrolit. Zadnji put sam čuo da još uvijek imaju problema s proizvodnjom. Njihova vremenska linija je također skliznula. Svima vremenski rokovi pobjegnu. To je omiljena zabava industrije baterija.
Samsung SDI- Oni zapravo IMAJU-state baterije u proizvodnji! Ali one sitne. Za nosivu opremu. Medicinski uređaji. Hearables (da, to je sada očito riječ). Stvari veličine-automobila? Još u razvoju. Oni kažu 2027. Ja realno kažem 2029-2030.
Toyota- Bože. Toyota je obećavala napredak-u baterijama u čvrstom stanju još prije nego što sam počeo raditi u ovom području. Oni prijavljuju više patenata nego bilo tko drugi. Svake godine daju velike najave. A opet... bez proizvoda.
ŽELIM im vjerovati. Toyote su. Oni poznaju proizvodnju. Ali prevari me jednom, sram te bilo. Prevari me 47 puta...
Rekli su 2025, pa 2027, sad je 2027-2028. Stavit ću novac na minimum 2030.
Nissan- Tiši o tome, što zapravo poštujem. Recimo da će imati pilot proizvodnju do 2024.-2025. Realniji vremenski okvir od nekih drugih. Radim s NASA-om na nekim stvarima, mislim? Nemojte me citirati.
CATL- Kineska tvrtka, najveći svjetski proizvođač baterija. Kad se kreću, svi to primijete. Rade na čvrstom-stanju, ali su VRLO konzervativni s predviđanjima. Zbog čega im zapravo više vjerujem. Poznaju opseg proizvodnje. Oni znaju što je teško.
StoreDot- Izraelski startup, fokus na ekstremno brzo punjenje. Cool demonstracije. Skaliranje je pitanje. Uvijek pitanje.
Tu su i Factorial Energy, ProLogium, Ionic Materials, Sakuu, Blue Current, Ilika... doslovno još desetke. Većina će propasti. To jednostavno tako funkcionira. Baterija pokretanja ima oko 5% uspjeha.
Možete li ga kupiti upravo sada?
Kratak odgovor:Ne.
Duži odgovor:I dalje ne, osim ako ne kupujete prototip EV-a za 500.000 $+ ili neku malu specijalnu bateriju za medicinsku opremu.
Još duži odgovor:Samsung ima dostupne-state baterije, ali su skupe i male. Govorimo o veličini kovanice. Nije korisno za većinu aplikacija.
Prvi pravi potrošački proizvodi u-čvrstom stanju vjerojatno će biti:
Premium pametni telefoni- Samsung ili Apple će htjeti pravo hvalisanja. "Prvi-telefon s solidnom baterijom!" Sjajan marketing. Vjerojatno 2026-2027.
Ograničena proizvodnja električnih vozila- Neka će luksuzna robna marka proizvesti 500 jedinica s polu{2}}state baterijama. Cijena 200 tisuća dolara. Dokažite da tehnologija radi. 2027-2028.
Vrhunski-e-bicikli/skuteri- Manja baterija čini ga ekonomski isplativijim. 2026?
Masovno tržište? Čovjek kojeg ne poznajem. 2030 najranije. Možda 2032-2035 da budemo sigurni. A čak i tada "masovno tržište" može značiti "neobavezna nadogradnja za 10 tisuća dolara."
Vjerojatno sam pesimističan. Ali razočarao sam se previše puta.
Za što će se oni zapravo koristiti?
upravo sad? PowerPoint prezentacije uglavnom.
Ali ozbiljno:
Električni automobili- Ovo je ono do čega je svima stalo. 500+ domet milja, 10-minutno punjenje, lakši, sigurniji. Stvarno bi promijenio tržište električnih vozila. AKO se dogodi.
Telefoni i prijenosna računala- Zamislite da vaš telefon traje 2 puna dana uz intenzivnu upotrebu. Ili biti upola deblji. Ili nikada više nećete imati Samsung Note 7 situacije. To je san.
Medicinski implantati- Ovdje se VEĆ koriste neke solid{1}}state baterije! Pejsmejkerima su potrebne baterije koje 100% neće otkazati ili curiti u vašem tijelu. Čvrsto-stanje je savršeno za ovo. Mala baterija, ne mora biti jeftina, sigurnost je sve.
Dronovi/zrakoplovstvo- Električni avioni trebaju najveću moguću gustoću energije. Svaki gram je važan. Čvrsto-stanje moglo bi učiniti električno zrakoplovstvo stvarno održivim izvan malih dronova.
Mrežno skladištenje- Možda? Ali iskreno za stacionarno skladištenje, težina nije bitna. LFP je već dovoljno jeftin i siguran. Teško nadmašivo po cijeni. Solid{4}}state bi trebao biti STVARNO jeftin da bi se natjecao ovdje.
Trebate li pričekati čvrsto-stanje prije kupnje EV-a?
Stalno me to pitaju. Na tulumima (inženjeri akumulatora idu na tulume ok), na konferencijama, nasumična rodbina na Facebooku.
Odgovor: Ne. Nemojte čekati.
Ako želite EV sada, kupite EV sada. Trenutačna električna vozila su stvarno dobra! Model 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, sve solidan izbor. Provjerena tehnologija. Poznata pouzdanost.
Do trenutka kad će postojati pristupačna čvrsta{0}}električna vozila:
Vozit ćete svoje trenutno električno vozilo već 5+ godina
Tehnika će i dalje biti prva-generacija s nepoznatim problemima
Infrastruktura za punjenje bit će još bolja
Cijene rabljenih električnih vozila možda su pale, tko zna
Planirate li kupnju krajem 2027. ili 2028.? ONDA možda pričekajte da vidite što će zapravo biti objavljeno. Ali ne stavljajte svoj život na čekanje.
Tehnologija se uvijek poboljšava. Uvijek nešto bolje dolazi "uskoro". Ne mogu čekati zauvijek.
Čekao sam da kupim 4K TV do 2019. Znate što se dogodilo? Postali su jeftiniji i bolji. Ali također nisam imao 4K TV 6 godina. Je li vrijedilo? Iskreno... ne. Trebao sam samo kupiti jedan.
Brojevi gustoće energije su laži (takve vrste)
Dobro, ne laži. Ali zavaravajuće.
Svi se razbacuju brojevima gustoće energije. "400 Wh/kg!" "500 Wh/kg!" "900 Wh/kg!"
Evo što vam ne govore:
Trenutačne litij-ionske ĆELIJE: 250-300 Wh/kg
Aktualni litij{0}}PAKOVI: 150-200 Wh/kg
Vidite razliku? Paket uključuje kućište, hlađenje, ožičenje, sustave upravljanja baterijom. Otprilike 30-40% težine paketa baterija nije niti baterija.
Solid{0}}State CELL tvrdnje: 400-500 Wh/kg
Solid{0}}state PACK stvarnost: Tko zna? 250-350 Wh/kg možda?
Pa kad Toyota kaže "dvostruko veća gustoća energije!" oni uspoređuju najbolje-brojeve ćelija s trenutnim brojevima paketa. Ne jabuke jabukama.
Stvarno poboljšanje na razini paketa vjerojatno će biti 50-75%. Što je još uvijek super! Stvarno super! Ali ne revolucija koju marketing podrazumijeva.
Također, gustoća energije nije sve. Gustoća snage je bitna (koliko brzo se praznite). Bitan je životni ciklus. Temperaturne performanse. Cijena po kWh najvažnija je za masovno usvajanje.
Baterija koja košta 2000 USD/kWh s 500 Wh/kg lošija je od baterije koja košta 100 USD/kWh s 250 Wh/kg. U svakom slučaju za većinu aplikacija.
Moje stvarne preporuke
Ako ste obična osoba:Za sada zaboravite-da čvrsto stanje postoji. Kupite sve što vam treba s trenutnom tehnologijom. Dobro radi.
Ako kupujete EV u 2025-2026:Kupite sada s trenutnim litij-ionskim. Ne čekaj. Savršeno električno vozilo budućnosti neće doći dovoljno brzo.
Ako ste investitor:Ovo je visok rizik, velika nagrada. Kladio bih se na etablirane igrače (Samsung, Toyota, CATL) umjesto startupa. Ali to sam samo ja. Nisam{3}}sklon riziku jer sam vidio da se previše startupa s baterijom srušilo i izgorjelo. Doslovno u jednom slučaju.
Ako ste inženjer:Uđi u ovo polje! To je vraški frustrirajuće, ali stvarno uzbudljivo. Samo budite spremni na spor napredak i puno slijepih ulica.
Ako planirate kupnju u 2027-2028:Počnite obraćati pozornost na to tko zapravo daje, a ne na to tko samo objavljuje. Moj novac je na Samsungu i možda na Nissanu.
Što NE učiniti:Ne kupujte "solid state baterije dostupne sada!" s nedorečenih web stranica. Oni lažu. Ako je stvaran, bit će u glavnim novinskim kućama i od velikih proizvođača.
Oh, i još nešto: ako trebate baterije ODMAH i želite nešto između običnog litij-ionskog i čvrstog-state sna? Pogledati ulitij polimer baterije. Nisu u-čvrstom stanju, ali su mnogo sigurniji od standardnih li-ionskih, ne cure i možete ih nabaviti danas. Korišten u gomili RC stvari i nekim telefonima. Nije revolucionarno, ali je zapravo dostupno lol.
