Hvað eru solid-rafhlöður?

Allt í lagi, þá er klukkan orðin 23:47 á þriðjudegi og ég var að hringja í birgi í Shenzhen sem er að reyna að selja mér „byltingarkenndar fast-rafhlöður, sem eru algjörlega 100% EKKI fastar-rafhlöður. Þetta er í þriðja sinn í þessum mánuði. Ég er þreyttur. En líka? Þetta heldur áfram að gerast vegna þess að enginn útskýrir í raun hvað þetta er.

Svo hér við förum. Fáðu þér kaffi. Eða bjór. Ég er ekki að dæma.

Mjög fljótt áður en við byrjum- bakgrunnur minn þar sem fólk spyr alltaf: Ég hef verið að skipta mér af rafhlöðutækni síðan 2016, unnið hjá tveimur fyrirtækjum sem urðu gjaldþrota (skemmtilegir tímar), leitað til þriggja sem eru enn á lífi (varla) og stunda nú rannsóknir og þróun fyrir... ja ég ætti líklega ekki að segja en þú hefur heyrt um þau. Ég hef brennt mig með litíumeldum tvisvar. Mæli ekki með því. 0/10 reynslu.

Rétt svo. Rafhlaða símans þíns? Fartölvu? Rafbíll? Allt fékk vökva að innan. Ekki eins og vatn-vökvi, meira eins og... þykkur efnavökvi. Lífræn raflausn. Hljómar fínt en í grundvallaratriðum er það eldfimt goo sem gerir litíumjónum kleift að synda fram og til baka á milli jákvæðu og neikvæðu hliðanna.

Virkar fínt! Þangað til það gerir það ekki. Þá kviknar í því.

Ég er enn með Samsung Galaxy Note 7 í skrifborðsskúffunni minni sem ég geymi sem áminningu lmao. Aldrei kveikt aftur á henni eftir innköllunina. Þetta er eins og smá pappírsvigt sem er eldhættuleg.

Föst-rafhlaða=sem kemur í stað vökvans fyrir fast efni.

Það er það. Það er allt málið.

Fasti hlutinn getur verið:

Keramik dót (eins og flott gler en erfiðara að búa til)

Fjölliða keðjur (hugsaðu mjög þétt plast en ekki í raun plast)

Súlfíðsambönd (þessi lyktar hræðilega, eins og rotin egg þúsund sinnum)

Ó og skemmtileg staðreynd, ég lærði á erfiðan hátt - sum þessara efna bregðast við raka í loftinu. Eins með ofbeldi. Við vorum með útskriftarnema árið 2019 sem skildi eftir súlfíð saltasýni á bekknum yfir nótt. Kom inn næsta morgun, allt var í rauninni tært. Lyktaði eins og dauða. Við gátum ekki notað þessa rannsóknarstofu í viku.

solid-state batteries

Gaur, ég hef heyrt um solid-rafhlöður síðan... 2015? 2014? Einhvers staðar þarna í kring. Á hverju einasta ári: "Bara 3 ár í viðbót!"

Það er orðið meme í rafhlöðusamfélaginu. Eins og samrunakraftur. Alltaf 10 ár í burtu.

En allt í lagi, það ERU raunverulegar ástæður til að vera sama:

1. Þeir springa (líklega) ekki í andlitið á þér

Enginn vökvi=enginn sjóðandi vökvi=engin þrýstingsuppbygging=engin uppsveifla.

Ég meina þeir GETA enn mistekist. Ég hef séð það gerast. En í staðinn fyrir eldbolta færðu meira eins og... það hættir að virka og hitnar. Miklu betra! Ég varð vitni að því að-frumgerð bilaði við prófun á síðasta ári og hún bólgnaði aðeins upp og dó. Með fljótandi litíum-jón verðum við að prófa á bak við sprengihlífar. Mismunandi stemning.

2. Meiri orka í sama rými (sem sagt)

Fullyrðingarnar eru villtar. 50% fleiri? 100% meira? Hver veit. Á blaði virkar stærðfræðin. Í raun og veru? Við sjáum til.

Toyota heldur áfram að segja að þeir verði með 900 mílna rafhlöður árið 2027 eða 2028 eða eitthvað. Ég trúi því þegar ég er bókstaflega að keyra bílinn. Þangað til er það vaporware.

3. Hleðst hraðar (kannski)

Sumir af keramik raflausnunum þola mun meiri straum án þess að hnigna. Svo eins og 10 mínútna fullar hleðslur.

Hef ég séð þetta vinna á rannsóknarstofu? Já, einu sinni, á myntsellu rafhlöðu á stærð við smámyndina mína.

Hef ég séð það virka á-bílastærð rafhlöðu? Neinei. Það hefur enginn. Þetta eru allt eftirlíkingargögn og smá-prófanir.

4. Endist lengur (við höldum)

Án þess að vökvi brotni niður ættir þú að fá fleiri hleðslulotur. Venjuleg litíum-jón er góð í svona 500-1000 lotur eftir því hvernig þú meðhöndlar hana. Solid-state ætti að gera betur.

En hér er hluturinn - sem við þekkjum reyndar ekki ennþá vegna þess að enginn hefur notað þá í 10 ár. Ekki er hægt að prófa langtímaáreiðanleika- í rannsóknarstofu. Þú verður bara að bíða og sjá.

Oh crap já ég ætti líklega að útskýra hvað er þarna úti núna. Slæmt mitt.

Venjuleg litíum-jón (hvað er í öllu)

Síminn þinn, fartölvan, líklega bíllinn þinn ef hann er rafknúinn

Orka: ~250-300 Wh/kg (það er wattstundir á hvert kíló, nördaeiningar)

Ódýrt að gera núna vegna þess að við höfum gert það að eilífu

Kviknar algerlega ef þú stingur í hann eða ofhleður hann

Ég geymi fötu af sandi í rannsóknarstofunni minni til öryggis

LFP rafhlöður (litíum járnfosfat)

Öruggara, kviknar í raun ekki þó þú reynir

Minni orkuþéttleiki en - um 160-180 Wh/kg

Endist AÐ EILIFA eins og 3000+ gjöld

Ódýrari en aðrar litíum gerðir

Þetta er það sem er í grunngerð Tesla núna held ég? Ekki vitna í mig um það

NMC/NCA (The Expensive Ones)

Nikkel Mangan kóbalt eða nikkel kóbalt ál

Mikil afköst, 250-280 Wh/kg

Notar kóbalt sem... já það eru barnavinnumál í Kongó, allt annað rugl

Dýrari

Betri frammistaða þó ekki ljúgi

Fast-ástand (The Goðsagnavera)

KRÖFUR 400-500 Wh/kg

Miklu dýrara núna

Framleiðsla er í grundvallaratriðum svartagaldur á þessum tímapunkti

Öruggara að sögn en einnig höfum við ekki næg gögn

Sko, ég er efins um flest en fast-ástand hefur raunverulega kosti. Ætla ekki að láta eins og annað.

Öryggi er lögmætt betra.

Ég hef persónulega prófað báðar tegundirnar. Með venjulegum litíum-jónum notum við andlitshlíf og erum með slökkvitæki alls staðar. Með fast-frumgerðum? Samt varkár en minni "þetta gæti sprungið" orka.

Í síðasta mánuði fengum við skammhlaup í prófunarklefa. Solid-1 varð bara heitt og hætti að virka. Ef þetta hefði verið venjuleg litíum-jón hefðum við örugglega kviknað í eldi.

Stærð/þyngd hlutur er raunverulegur EF þeir skila.

400 Wh/kg í framleiðslu væri sannarlega byltingarkennd. EV rafhlaðan þín gæti vegið helmingi þyngri fyrir sama drægi. EÐA sama þyngd, tvöfalda bilið.

En það er stór EF. Niðurstöður rannsóknarstofu skila sér ekki alltaf í framleiðslu. Djöfull þýða þeir ALLTAF ekki.

Hitastig ætti að vera betri.

Raflausnir í föstu formi vinna við breiðari hitastig en fljótandi. Bílarafhlaðan þín í Chicago vetur við -20 gráður F? Ætti að virka betur. Arizona sumar við 120 gráður F? Einnig betri.

Þó skemmtileg saga - þarf í raun að halda sumum keramiksöltum heitum til að virka vel. Svo þú þarft hitara fyrir rafhlöðuna þína. Sem notar orku. Svoleiðis sigrar tilganginn lol.

Engir dendritar.

Þetta er innan hafnaboltans en hvað sem er. Þegar þú hleður litíum rafhlöður geta litlir málmbroddar sem kallast dendrites vaxið frá einu rafskautinu í átt að öðru. Að lokum stinga þeir í gegnum skiljuna og skammhlaupa rafhlöðuna. Þannig deyja flestar litíum-rafhlöður.

Raflausnir í föstu formi eiga að blokka dendrita. Harð efni, kemst ekki í gegn. Í orði.

Í reynd? Eh. Við höfum séð dendríta vaxa í gegnum nokkur fast raflausn. Efnisfræði er erfið.

solid-state batteries

Allt í lagi, spenntu þig því þetta er þar sem ég ætla að pirra sumt fólk.

Þeir vinna varla núna.

Því miður! Það er satt! Flestar „byltingarkenndu“ solid-rafhlöður sem þú lest um í fréttatilkynningum? Þeir virka í svona 10 lotur. Kannski 50 ef þú ert heppinn. Við fullkomnar rannsóknarstofuaðstæður. Nákvæmlega 25 gráður. Hægviðri norðaustantil.

Bílarafhlaðan þín þarf að virka í 1000+ hringi í Minnesota vetur og Texas sumar og alls staðar á milli. Við erum ekki einu sinni nálægt stærðinni enn.

Ég var á ráðstefnu í fyrra (Battery Symposium í Orlando, mars 2024) og sá kynningu frá sprotafyrirtæki sem gerði kröfu um 500 lotur. Fór í búðina þeirra á eftir. Beðið um nánari upplýsingar. Þeir urðu mjög rólegir mjög hratt. Í ljós kemur að þessar 500 lotur voru á 0,1C hleðsluhraða með 4 klukkustundum á milli hleðslna. Algjörlega gagnslaus fyrir alvöru forrit.

Framleiðsla er algjör martröð.

Við höfum eytt 30+ árum í að finna út hvernig á að gera litíum-jónarafhlöður ódýrar og áreiðanlegar. Verksmiðjurnar, búnaðurinn, gæðaeftirlitið - það er allt hringt inn.

Föst-ástand? Byrjar frá grunni.

Mismunandi búnaður. Mismunandi ferli. Mismunandi bilunarstillingar. Allt er erfiðara.

Ég talaði við gaur frá QuantumScape í síðasta mánuði (við vorum báðir á flugvallarbar, hann hafði fengið sér svona 3 bjóra, spjallað) og hann sagði að stærsta vandamálið þeirra væri ekki einu sinni tæknin lengur. Það er að finna út hvernig á að búa til 10.000 rafhlöður sem eru allar eins. Samræmi á mælikvarða er svo erfitt.

Viðmótsvandamálið er að drepa alla.

Þetta er tæknilegt en mikilvægt: þar sem fasti raflausnin snertir fasta rafskautið færðu viðnám. Þetta er eins og að reyna að koma rafmagni í gegnum tvo grófa fleti sem eru þrýstir saman. Ekki mikil snerting.

Með fljótandi raflausn fyllir vökvinn öll smásæ eyður. Fullkomið samband alls staðar. Með fast-á-fast? Ekki svo mikið.

Fólk er að reyna allt: sérstaka húðun, beita þrýstingi, hita það upp, ný efni, fórnarlög, stuðpúðasvæði. Ekkert virkar fullkomlega ennþá. Sérhver lausn skapar ný vandamál.

Þeir klikka og það er mjög slæmt.

Föst keramik raflausn eru brothætt. Þegar rafhlöður hlaðast bólgnast þær aðeins. Útskrift, þeir minnka. Gerðu þetta 1000 sinnum og keramikið þitt getur sprungið.

Ein örlítil sprunga=tæmd rafhlaða. Raki kemst inn, frammistaða lækkar, leikurinn búinn.

Ég hef séð fallegar frumur í föstu formi- sem virkuðu fullkomlega í 50 lotur, sprunga svo og hætta svo að virka. Hjartsár. Og dýrt.

Fjölliða raflausnir sprunga ekki eins auðveldlega en þeir hafa mun lægri jónaleiðni. Alltaf-viðskipti.

Kostnaðurinn fær mig til að gráta.

Núverandi áætlanir gera ráð fyrir að fast-rafhlöður séu 10-20 sinnum hærri en venjuleg litíumjón. Á kWst.

Já kostnaður mun lækka með umfangi. Þeir gera það alltaf. En við erum að tala um ÁRA þróun og MILLJARÐA í fjárfestingu áður en við komumst að kostnaðarjöfnuði.

Tesla 4680 frumurnar kosta eins og $100/kWh. Föst-ástand gæti verið $1000/kWst núna. Kannski meira. Enginn birtir rauntölur vegna þess að þær eru vandræðalegar.

Ó maður, þetta verður sóðalegt vegna þess að það eru eins og 50+ fyrirtæki sem halda því fram að þau séu „við það að gjörbylta rafhlöðum“ en leyfðu mér að einbeita mér að því hver er í raun og veru að gera hlutina:

QuantumScape- Sennilega lengst á leiðinni fyrir bílaforrit. Notar keramikskilju. Að baki VW og Bill Gates. Hlutabréf þeirra fóru úr eins og $130 í $10. Úff. En þeir eru enn að vinna og hafa sýnt ágætis niðurstöður úr prófunum. Tímalínan heldur áfram að renna niður sem er ... áhyggjuefni en líka raunhæft? Ég veit ekki hvernig mér á að finnast um þá satt að segja.

Sterkur kraftur- BMW og Ford studdu. Súlfíð raflausn. Síðast sem ég heyrði að þeir væru enn í framleiðsluvandamálum. Tímalínan þeirra hefur líka lækkað. Tímalínur allra renna út. Það er uppáhalds dægradvöl rafhlöðuiðnaðarins.

Samsung SDI- Þær eru í raun með fastar-rafhlöður í framleiðslu! En pínulítil. Fyrir wearables. Lækningatæki. Heyranlegir (já það er orð núna greinilega). Dótið í -stærð bílsins? Enn í þróun. Þeir segja 2027. Ég segi 2029-2030 raunhæft.

Toyota- Ó drengur. Toyota hefur lofað rafhlöðubyltingum í-stöðu síðan áður en ég byrjaði að vinna á þessu sviði. Þeir leggja fram fleiri einkaleyfi en nokkur annar. Þeir gefa stórar tilkynningar á hverju ári. Og samt... engar vörur.

Ég VIL trúa þeim. Þeir eru Toyota. Þeir þekkja framleiðslu. En blekktu mig einu sinni, skammast þín. Bjáðu mig 47 sinnum...

Þeir sögðu 2025, síðan 2027, nú er það 2027-2028. Ég mun setja peninga á 2030 lágmark.

Nissan- Að vera rólegri um það sem ég virði í raun og veru. Segjum að þeir verði með tilraunaframleiðslu fyrir 2024-2025. Raunhæfari tímalína en sumir aðrir. Að vinna með NASA að einhverju held ég? Ekki vitna í mig.

CATL- Kínverskt fyrirtæki, stærsti rafhlöðuframleiðandi heims. Þegar þeir hreyfa sig taka allir eftir því. Þeir eru að vinna í fastri-stöðu en eru MJÖG íhaldssamir með spár. Sem fær mig til að treysta þeim meira í raun. Þeir þekkja framleiðslustærð. Þeir vita hvað er erfitt.

StoreDot- Ísraelsk gangsetning, mikill hraðhleðslufókus. Flott kynning. Stærð er spurningin. Alltaf spurningin.

Það er líka Facttorial Energy, ProLogium, Ionic Materials, Sakuu, Blue Current, Ilika... bókstaflega heilmikið í viðbót. Flestir munu mistakast. Þannig virkar þetta bara. Ræsingar á rafhlöðum hafa eins og 5% árangur.

Stutt svar:Nei.

Lengra svar:Samt nei, nema þú sért að kaupa frumgerð EV fyrir $500k+ eða einhverja pínulitla sérrafhlöðu fyrir lækningatæki.

Jafnvel lengra svar:Samsung er með nokkrar fastar-rafhlöður tiltækar en þær eru dýrar og litlar. Við erum að tala eins og myntfrumu stærð. Ekki gagnlegt fyrir flest forrit.

Fyrstu raunverulegu neysluvörurnar með fast-ástandi verða líklega:

Premium snjallsímar- Samsung eða Apple munu vilja hrósa sér. "Fyrsti rafhlöðusíminn í fast-ástandi!" Frábær markaðssetning. Líklega 2026-2027.

Takmörkuð framleiðsla rafbíla- Sum lúxusvörumerki munu framleiða 500 einingar með solid-rafhlöðum. Kostaði 200 þús. Sannaðu að tæknin virkar. 2027-2028.

Hágæða-e-reiðhjól/vesp- Minni rafhlaða gerir hana hagkvæmari. 2026?

Fjöldamarkaður? Maður sem ég þekki ekki. 2030 í fyrsta lagi. Kannski 2032-2035 til öryggis. Og jafnvel þá gæti "fjöldamarkaður" þýtt "valfrjáls uppfærsla fyrir $ 10k."

Ég er líklega svartsýnn. En ég hef orðið fyrir vonbrigðum of oft.

Núna? PowerPoint kynningar aðallega.

En í alvöru:

Rafmagnsbílar- Þetta er það sem öllum er sama um. 500+ mílna drægni, 10 mínútna hleðsla, léttari, öruggari. Myndi sannarlega breyta rafbílamarkaðnum. EF það gerist.

Símar og fartölvur- Ímyndaðu þér að síminn þinn endist í 2 heila daga með mikilli notkun. Eða að vera hálf þykkt. Eða hafa aldrei Samsung Note 7 aðstæður aftur. Það er draumurinn.

Læknisígræðslur- Þetta er þar sem nokkrar solid-rafhlöður eru NÚNA í notkun! Gangráðar þurfa rafhlöður sem 100% bila ekki eða leka inn í líkama þinn. Fast-ástand er fullkomið fyrir þetta. Lítil rafhlaða, þarf ekki að vera ódýr, öryggi skiptir öllu.

Drónar/flug- Rafmagnsflugvélar þurfa mesta orkuþéttleika og mögulegt er. Hvert gramm skiptir máli. Fast-ástand gæti gert rafmagnsflug raunhæft umfram litla dróna.

Grid Geymsla- Kannski? En satt að segja fyrir kyrrstæða geymslu skiptir þyngd ekki máli. LFP er nú þegar ódýrt og nógu öruggt. Erfitt að slá á kostnað. Fast-ríki þyrfti að verða MJÖG ódýrt til að keppa hér.

Ég fæ stöðugt spurt um þetta. Í veislum (rafhlöðuverkfræðingar fara í veislur allt í lagi), á ráðstefnum, handahófi ættingjar á Facebook.

Svar: Nei. Ekki bíða.

Ef þú vilt EV núna, keyptu EV núna. Núverandi rafbílar eru mjög góðir! Gerð 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, allt traust val. Reynt tækni. Þekktur áreiðanleiki.

Þegar það eru til rafbílar á viðráðanlegu verði-:

Þú munt hafa ekið núverandi rafbíl í 5+ ár þegar

Tæknin verður samt fyrsta-kynslóð með óþekkt vandamál

Hleðsluinnviðir verða enn betri

Verð á notuðum rafbílum gæti hafa hrunið hver veit

Ef þú ætlar að kaupa seint á árinu 2027 eða 2028? ÞÁ bíddu kannski eftir að sjá hvað kemur út í raun og veru. En ekki setja líf þitt í bið.

Tæknin er alltaf að batna. Það er alltaf eitthvað betra að koma „bráðum“. Get ekki beðið að eilífu.

Ég beið með að kaupa 4K sjónvarp til ársins 2019. Veistu hvað gerðist? Þeir urðu ódýrari og betri. En ég átti heldur ekki 4K sjónvarp í 6 ár. Var það þess virði? Satt að segja... nei. Hefði bara átt að kaupa einn.

solid-state batteries

Allt í lagi ekki lygar. En villandi.

Allir kasta um orkuþéttleikatölum. "400 Wh/kg!" "500 Wh/kg!" "900 Wh/kg!"

Hér er það sem þeir segja þér ekki:

Núverandi litíum-jónafrumur: 250-300 Wh/kg
Núverandi litíum-jónapakkar: 150-200 Wh/kg

Sérðu muninn? Pakkinn inniheldur hlíf, kælingu, raflögn, rafhlöðustjórnunarkerfi. Eins og 30-40% af þyngd rafhlöðupakkans er ekki einu sinni rafhlaða.

Fullyrðingar -CELL: 400-500 Wh/kg
Föst-ástand PACK raunveruleika: Hver veit? 250-350 Wh/kg kannski?

Svo þegar Toyota segir "tvisvar sinnum meiri orkuþéttleiki!" þeir eru að bera saman bestu-hólfsnúmer við núverandi pakkanúmer. Ekki epli við epli.

Raunveruleg framför á pakkningastigi verður líklega 50-75%. Sem er samt frábært! Virkilega frábært! En ekki byltingin sem markaðssetning felur í sér.

Einnig er orkuþéttleiki ekki allt. Aflþéttleiki skiptir máli (hversu hratt þú losar þig). Hringrásarlífið skiptir máli. Afköst hitastigs. Kostnaður á kWst skiptir mestu við fjöldaættleiðingu.

Rafhlaða sem kostar $2000/kWh með 500 Wh/kg er verri en rafhlaða sem kostar $100/kWh með 250 Wh/kg. Fyrir flest forrit samt.

Ef þú ert venjulegur maður:Gleymdu að fast-ástand sé til í bili. Kauptu það sem þú þarft með núverandi tækni. Það virkar fínt.

Ef þú ert að kaupa rafbíl á árunum 2025-2026:Kauptu núna með núverandi litíum-jón. Ekki bíða. Hin fullkomna rafbíll í framtíðinni kemur ekki nógu fljótt.

Ef þú ert fjárfestir:Þetta er mikil áhætta, mikil umbun. Ég myndi veðja á rótgróna leikmenn (Samsung, Toyota, CATL) fram yfir gangsetningu. En það er bara ég. Ég er hættulegur-vegna þess að ég hef séð of margar ræsingar rafhlöðu hrynja og brenna. Bókstaflega í einu tilviki.

Ef þú ert verkfræðingur:Farðu inn á þetta sviði! Það er svekkjandi eins og helvíti en virkilega spennandi. Vertu bara viðbúinn hægum framförum og fullt af blindgötum.

Ef þú ætlar að kaupa 2027-2028:Byrjaðu að borga eftirtekt til hver raunverulega skilar á móti hver bara tilkynnir. Peningarnir mínir eru á Samsung og kannski Nissan.

Hvað á EKKI að gera:Ekki kaupa „solid-rafhlöður í boði núna! frá skrítnum vefsíðum. Þeir eru að ljúga. Ef það er raunverulegt mun það vera í helstu fréttamiðlum og frá helstu framleiðendum.

Ó og eitt í viðbót: Ef þig vantar rafhlöður NÚNA og vilt hafa eitthvað á milli venjulegrar litíum-jónar og draumsins í föstu ástandi-? Skoðaðulitíum fjölliða rafhlöður. Þau eru ekki í fast-ástandi en miklu öruggari en venjuleg-jón, leka ekki og þú getur fengið þau í dag. Notað í fullt af RC dóti og sumum símum. Ekki byltingarkennd en í raun í boði lol.