Joten näillä mennään. Ota kahvia. Tai olutta. En tuomitse.
Todella nopeasti ennen kuin aloitamme- taustani, koska ihmiset aina kysyvät: Olen sekaisin akkutekniikan kanssa vuodesta 2016, työskennellyt kahdessa konkurssissa (hauskoja aikoja), konsultoinut kolmea, jotka ovat vielä elossa (tuskin) ja teen tällä hetkellä T&K-toimintaa... no ei varmaan pitäisi sanoa, mutta olet kuullut niistä. Olen polttanut itseni litiumpaloilla kahdesti. Älä suosittele sitä. 0/10 kokemusta.
Mikä helvetti ON kiinteä{0}}tilaakku?
Aivan niin. Puhelimesi akku? Kannettava tietokone? Sähköauto? Kaikki sai nestettä sisään. Ei kuin vesi-neste, pikemminkin... paksu kemiallinen neste. Orgaaninen elektrolyytti. Kuulostaa hienolta, mutta pohjimmiltaan se on syttyvä tahra, joka antaa litiumionien uida edestakaisin positiivisen ja negatiivisen puolen välillä.
Toimii hyvin! Kunnes ei käy. Sitten se syttyy tuleen.
Minulla on edelleen Samsung Galaxy Note 7 pöytälaatikossani, jota pidän muistutuksena lmao. En koskaan kytkenyt sitä takaisin päälle poiston jälkeen. Se on kuin pieni palovaarallinen paperipaino.
Kiinteä{0}}johdeakku=korvaa nesteen kiinteällä akulla.
Siinä se. Siinä koko juttu.
Kiinteä osa voi olla:
Keraamiset tavarat (kuten hieno lasi, mutta vaikeampi tehdä)
Polymeeriketjut (ajattele todella tiheää muovia, mutta ei todella muovia)
Sulfidiyhdisteet (nämä muuten haisee KAUMAALTA, kuin mädät munat kertaa tuhat)
Voi ja hauska tosiasia, opin kovan tavan - jotkut näistä materiaaleista reagoivat ilman kosteuden kanssa. Kuten väkivaltaisesti. Meillä oli vuonna 2019 ylioppilas, joka jätti sulfidielektrolyyttinäytteen penkille yöksi. Tuli seuraavana aamuna, koko juttu oli periaatteessa syöpynyt. Haisi kuolemalta. Emme voineet käyttää sitä laboratoriota viikkoon.
Miksi kaikki eivät ole hiljaa heistä
Olen kuullut puolijohdeakuista-... 2015 lähtien? 2014? Jossain siellä. Joka vuosi: "Vain 3 vuotta enää!"
Siitä on tullut meemi akkuyhteisössä. Kuten fuusiovoima. Aina 10 vuoden päässä.
Mutta okei, on todellisia syitä välittämiseen:
1. Ne (todennäköisesti) eivät räjähdä kasvoillesi
Ei nestettä=ei kiehuvaa nestettä=ei paineen nousua=ei puomia.
Tarkoitan, että he voivat silti epäonnistua. Olen nähnyt sen tapahtuvan. Mutta tulipallon sijaan saat enemmän kuin... se lakkaa toimimasta ja lämpenee. Paljon parempi! Todistin kiinteän-olomuodon prototyypin epäonnistumista testauksen aikana viime vuonna, ja se periaatteessa vain paisui hieman ja kuoli. Nestemäisellä litium-ionilla meidän on testattava räjähdyssuojien takana. Erilainen tunnelma.
2. Enemmän energiaa samassa tilassa (oletettavasti)
Väitteet ovat hurjia . 50% enemmän? 100% enemmän? Kuka tietää. Paperilla matematiikka toimii. Todellisuudessa? Saa nähdä.
Toyota väittää jatkuvasti, että heillä on 900 mailin akut vuoteen 2027 tai 2028 mennessä tai jotain. Uskon sen, kun olen kirjaimellisesti ajamassa autoa. Siihen asti se on vaporware.
3. Latautuu nopeammin (ehkä)
Jotkut keraamiset elektrolyytit kestävät paljon enemmän virtaa hajoamatta. Eli 10 minuutin täydet lataukset.
Olenko nähnyt tämän työn laboratoriossa? Kyllä, kerran, pikkukuvani kokoisella nappiparistolla.
Olenko nähnyt sen toimivan auton{0}}kokoisella akulla? Ei. Kenelläkään ei ole. Se on kaikki simulaatiodataa ja pieni-mittakaavatestejä.
4. Kestää pidempään (luulemme)
Ilman nesteen hajoamista sinun pitäisi saada enemmän latausjaksoja. Tavallinen litium-ioni sopii noin 500-1000 sykliin riippuen siitä, miten käsittelet sitä. Kiinteän tilan pitäisi toimia paremmin.
Mutta tässä on asia, jota - emme varsinaisesti TIEDÄ vielä, koska kukaan ei ole käyttänyt niitä 10 vuoteen. Pitkän aikavälin luotettavuutta ei voi testata laboratoriossa. Sinun tarvitsee vain odottaa ja katsoa.
Odota, mihin me edes vertaamme tätä?
Voi paska joo, minun pitäisi varmaan selittää, mitä siellä nyt on. Minun pahani.
Tavallinen litium--ioni (mitä kaikkea on)
Puhelimesi, kannettava tietokone, luultavasti autosi, jos se on sähköinen
Energia: ~250-300 Wh/kg (eli wattituntia kilogrammaa kohti, nörttiyksiköt)
Halpa valmistaa nyt, koska olemme tehneet sitä ikuisuuden
Syttyy ehdottomasti tuleen, jos puhkaiset sen tai ylilataat sen
Pidän labrassani ämpäriä hiekkaa varmuuden vuoksi
LFP-akut (litiumrautafosfaatti)
Turvallisempi, ei todellakaan syty tuleen vaikka yrittäisit
Pienempi energiatiheys tho - noin 160-180 Wh/kg
Kestää ikuisesti kuten 3000+ maksua
Halvempi kuin muut litiumtyypit
Luulen, että tämä on nyt Teslan perusmallissa? Älä lainaa minua siinä
NMC/NCA (kalliimmat)
Nikkeli-mangaanikoboltti tai nikkelikobolttialumiini
Korkea suorituskyky, 250-280 Wh/kg
Käyttää kobolttia, joka... kyllä, Kongossa on lapsityövoimaa, muuta sotkua
Kalliimpia
Parempi suorituskyky, vaikka se ei valehtele
Solid State (Myyttinen olento)
VAATIMUKSET 400-500 Wh/kg
Paljon kalliimpaa juuri nyt
Valmistus on tässä vaiheessa pohjimmiltaan mustaa magiaa
Luultavasti turvallisempaa, mutta meillä ei myöskään ole tarpeeksi tietoa
Okei, mutta mitä hyvää heissä on?
Katsos, olen skeptinen useimpien asioiden suhteen, mutta kiinteällä{0}}kuorella on todellisia etuja. Ei teeskentele muuta.
Turvallisuus on laillista parempi.
Olen itse testannut molempia tyyppejä. Tavallisten litium-ionien kanssa käytämme kasvosuojaimia ja sammuttimet ovat kaikkialla. Solid-state-prototyypeillä? Edelleen varovainen, mutta vähemmän "tämä saattaa räjähtää" energiaa.
Viime kuussa meillä oli testikennon oikosulku. Kiinteä-johdin kuumeni juuri ja lakkasi toimimasta. Jos se olisi ollut tavallinen litium-ioni, meillä olisi varmasti ollut tulipalo.
Koko/paino asia on todellinen, JOS ne toimittavat.
400 Wh/kg tuotannossa olisi todella vallankumouksellinen. Sähköautosi akku voi painaa puolet samalla alueella. TAI sama paino, kaksinkertainen alue.
Mutta se on iso IF. Laboratoriotulokset eivät aina käänny tuotantoon. Helvetti, ne eivät yleensä käännä.
Lämpötilan suorituskyvyn pitäisi olla parempi.
Kiinteät elektrolyytit toimivat laajemmilla lämpötila-alueilla kuin nesteet. Autosi akku Chicagossa talvella -20 asteessa? Pitäisi toimia paremmin. Arizonan kesä 120 asteessa? Myös parempi.
Vaikka hauska tarina -, jotkut keraamiset elektrolyytit on itse asiassa pidettävä LÄMMIIN, jotta ne toimisivat hyvin. Tarvitset siis lämmittimen akullesi. Joka käyttää tehoa. Jotenkin päihittää tarkoituksen lol.
Ei dendriittejä.
Tämä on baseballin sisällä, mutta mitä tahansa. Kun lataat litiumakkuja, pienet metallipiikit, joita kutsutaan dendriiteiksi, voivat kasvaa elektrodista toista kohti. Lopulta ne tunkeutuvat erottimen läpi ja oikosulkevat akun. Näin useimmat litium-ioni-akut kuolevat.
Kiinteiden elektrolyyttien oletetaan estävän dendriittejä. Kovia materiaaleja, ei läpäise. Teoriassa.
Käytännössä? Eh. Olemme nähneet dendriittien kasvavan joidenkin kiinteiden elektrolyyttien läpi. Materiaalitiede on vaikeaa.
Ongelmat, jotka kaikki jättävät huomiotta (mutta minä en)
Selvä, kiinnitä se, koska tässä suutan joitain ihmisiä.
Ne tuskin toimivat juuri nyt.
Anteeksi! Se on totta! Suurin osa "läpimurtaisista" solid-state-akuista{0}}, joista luit lehdistötiedotteista? Ne toimivat noin 10 sykliä. Ehkä 50 jos olet onnekas. Täydellisissä laboratorio-olosuhteissa. Täsmälleen 25 asteessa. Heikko tuuli koillisesta.
Autosi akun on toimittava 1000+ sykliä Minnesotassa talvella ja Texasissa kesällä ja kaikkialla näiden välissä. Emme ole vielä lähelläkään mittakaavassa.
Olin viime vuonna konferenssissa (Battery Symposium Orlandossa, maaliskuu 2024) ja näin esitelmän startupilta, joka väitti 500 sykliä. Meni heidän osastolleen sen jälkeen. Kysyi lisätietoja. He hiljenivät todella nopeasti. Osoittautuu, että nämä 500 sykliä olivat 0,1 C:n latausnopeudella ja latausten välillä oli 4 tuntia. Täysin hyödytön oikeisiin sovelluksiin.
Valmistus on ehdoton painajainen.
Olemme käyttäneet 30+ vuotta pohtiessamme, miten litium-ioni-akuista saadaan halpoja ja luotettavia. Tehtaat, laitteet, laadunvalvonta - kaikki on valittu.
Solid-state{0}}? Alkaen tyhjästä.
Erilaiset varusteet. Erilaisia prosesseja. Erilaiset vikatilat. Kaikki on vaikeampaa.
Puhuin QuantumScapen kaverin kanssa viime kuussa (olimme molemmat lentokentän baarissa, hän oli juonut kolme olutta, jutteli) ja hän sanoi, että heidän suurin ongelmansa ei ole enää edes tekniikka. Se selvittää, kuinka tehdä 10 000 akkua, jotka ovat kaikki identtisiä. Johdonmukaisuus mittakaavassa on NIIN VAPAA.
Käyttöliittymäongelma tappaa kaikki.
Tämä on teknistä, mutta tärkeää: kun kiinteä elektrolyytti koskettaa kiinteää elektrodia, saat vastuksen. Se on kuin yrittäisi siirtää sähköä kahden yhteen puristetun karkean pinnan läpi. Ei loistava yhteydenpito.
Nestemäisellä elektrolyytillä neste täyttää kaikki mikroskooppiset raot. Täydellinen kontakti kaikkialla. Kiinteä-on-kiinteä? Ei niin paljon.
Ihmiset kokeilevat kaikkea: erikoispinnoitteita, painetta, kuumennusta, uusia materiaaleja, uhrautuvia kerroksia, puskurivyöhykkeitä. Mikään ei toimi vielä täydellisesti. Jokainen ratkaisu luo uusia ongelmia.
Ne halkeilevat ja se on todella huonoa.
Keraamiset kiinteät elektrolyytit ovat hauraita. Kun akut latautuvat, ne turpoavat hieman. Purkautuminen, ne kutistuvat. Tee tämä 1000 kertaa ja keramiikkasi voi halkeilla.
Yksi pieni halkeama=tyhjä akku. Kosteutta pääsee sisään, suorituskyky laskee, peli on ohi.
Olen nähnyt kauniita puolijohdesoluja, jotka toimivat täydellisesti 50 sykliä, sitten halkeilevat ja lakkaavat toimimasta. Sydäntäsärkevä. Ja kallista.
Polymeerielektrolyytit eivät halkeile yhtä helposti, mutta niiden ioninjohtavuus on huomattavasti pienempi. Aina vaihto-
Hinta saa minut itkemään.
Nykyisten arvioiden mukaan solid-state-akut ovat 10-20 kertaa tavallisten litiumionien kustannukset. per kWh.
Kyllä kustannukset laskevat mittakaavan myötä. He tekevät aina. Puhumme kuitenkin VUODEN kehityksestä ja Miljardeista pääomasijoituksista, ennen kuin pääsemme kustannuspariteettiin.
Teslan 4680 kennot maksavat noin 100 dollaria/kWh. Solid-state saattaa olla 1 000 $/kWh tällä hetkellä. Ehkä enemmän. Kukaan ei julkaise todellisia lukuja, koska ne ovat kiusallisia.
Kuka näitä asioita oikeasti tekee? (Ja kuka siitä vain puhuu)
Okei, tästä tulee sotkua, koska 50+ yritystä väittää olevansa "mullistamassa akkuja", mutta haluan keskittyä siihen, kuka todellisuudessa tekee:
QuantumScape- Todennäköisesti pisin autoteollisuuden sovelluksissa. Keraamisen erottimen käyttö. VW:n ja Bill Gatesin tukena. Heidän osakkeensa nousivat 130 dollarista 10 dollariin. Auts. Mutta ne toimivat edelleen ja ovat osoittaneet kunnollisia testituloksia. Aikajana kuitenkin liukuu jatkuvasti, mikä on... huolestuttavaa, mutta myös realistista? En tiedä miten suhtautua niihin rehellisesti.
Kiinteä Voima- BMW ja Ford tukevat. Sulfidielektrolyytti. Viimeksi kuulin, että heillä oli edelleen valmistusongelmia. Niiden aikajana on myös lipsahtanut. Kaikkien aikajanat lipsuvat. Se on akkuteollisuuden suosikkiharrastus.
Samsung SDI- Heillä itse asiassa ON tuotannossa puolijohdeakkuja-! Mutta pieniä. Puetettaville. Lääketieteelliset laitteet. Hearables (kyllä, se on nyt ilmeisesti sana). Auton-kokoista tavaraa? Vielä kehitteillä. Sanotaan 2027. Sanon 2029-2030 realistisesti.
Toyota- Voi poika. Toyota on luvannut vakaan -kunnon akkujen läpimurtoja siitä lähtien, kun aloin työskennellä tällä alalla. He jättävät enemmän patentteja kuin kukaan muu. He tekevät suuria ilmoituksia joka vuosi. Ja silti... ei tuotteita.
HALUAN uskoa niitä. He ovat Toyota. He osaavat valmistuksen. Mutta huijaa minua kerran, häpeä. Huijaa minua 47 kertaa...
He sanoivat 2025, sitten 2027, nyt on 2027-2028. Laitan rahaa vähintään vuoteen 2030.
Nissan- Olla hiljaisempi, mitä todella kunnioitan. Oletetaan, että heillä on pilottituotanto vuosina 2024-2025. Realistisempi aikajana kuin jotkut muut. Työskenteletkö NASAn kanssa joidenkin asioiden parissa? Älä lainaa minua.
CATL- Kiinalainen yritys, maailman suurin akkujen valmistaja. Kun he liikkuvat, kaikki huomaavat. He työskentelevät kiinteässä-olomuodossa, mutta ovat ERITTÄIN konservatiivisia ennusteiden suhteen. Mikä saa minut itse asiassa luottamaan heihin enemmän. He tietävät valmistusmitan. He tietävät mikä on vaikeaa.
StoreDot- Israelilainen käynnistys, erittäin nopea lataus. Hienoja demoja. Skaalaus on kysymys. Aina kysymys.
Mukana on myös Factorial Energy, ProLogium, Ionic Materials, Sakuu, Blue Current, Ilika... kirjaimellisesti kymmeniä muita. Suurin osa epäonnistuu. Juuri näin se toimii. Akkujen käynnistysten onnistumisprosentti on noin 5 %.
Voitko todella ostaa sellaisen juuri nyt?
Lyhyt vastaus:Ei.
Pidempi vastaus:Ei silti, ellet osta prototyyppiä sähköautoa yli 500 000 dollarilla tai pientä erikoisakkua lääketieteellisiin laitteisiin.
Vielä pidempi vastaus:Samsungilla on saatavilla solid-state-akkuja, mutta ne ovat kalliita ja pieniä. Puhumme kuin kolikkosolun kokoinen. Ei hyödyllinen useimmissa sovelluksissa.
Ensimmäiset kiinteät{0}}kulutustuotteet ovat todennäköisesti:
Premium-älypuhelimet- Samsung tai Apple haluavat kerskua. "Ensimmäinen puolijohde{2}}akkupuhelin!" Hienoa markkinointia. Luultavasti 2026-2027.
Rajoitettu tuotanto EV- Jotkut luksusbrändit valmistavat 500 yksikköä solid-state-akuilla-. Hinta 200 000 dollaria. Todista, että tekniikka toimii. 2027-2028.
Huippuluokan-e-pyörät/skootterit- Pienempi akku tekee siitä taloudellisesti kannattavamman. 2026?
Joukkomarkkinat? Mies, jota en tunne. 2030 aikaisintaan. Ehkä 2032-2035 varmuuden vuoksi. Ja silloinkin "massamarkkinat" saattavat tarkoittaa "valinnaista päivitystä 10 000 dollarilla".
Olen varmaan pessimistinen. Mutta olen pettynyt liian monta kertaa.
Mihin niitä todellisuudessa käytetään?
Juuri nyt? PowerPoint-esityksiä enimmäkseen.
Mutta vakavasti:
Sähköautot- Tästä kaikki välittävät. 500+ mailin kantama, 10 minuutin lataus, kevyempi, turvallisempi. Muuttaisi sähköautomarkkinoita aidosti. JOS se tapahtuu.
Puhelimet ja kannettavat tietokoneet- Kuvittele puhelimesi kestävän 2 päivää raskaalla käytössä. Tai olla puolet paksumpi. Tai ettei Samsung Note 7 -tilanteita enää koskaan tule. Se on unelma.
Lääketieteelliset implantit- Tässä on JO käytössä puolijohde--paristoja! Sydämentahdistimet tarvitsevat paristoja, jotka 100-prosenttisesti eivät vaurioidu tai vuoda kehosi sisällä. Solid State -on täydellinen tähän. Pieni akku, ei tarvitse olla halpa, turvallisuus on kaikki kaikessa.
Droonit/ilmailu- Sähkökoneet tarvitsevat suurimman mahdollisen energiatiheyden. Jokainen gramma on tärkeä. Kiinteä-olomuoto voisi tehdä sähköilmailusta elinkelpoista muutakin kuin pieniä droneja.
Verkkovarastointi- Ehkä? Mutta rehellisesti sanottuna kiinteässä säilytyksessä painolla ei ole väliä. LFP on jo halpa ja riittävän turvallinen. Vaikea päihittää kustannuksissa. Kiinteän-valtion pitäisi saada TODELLA halvalla kilpaillakseen täällä.
Pitäisikö sinun odottaa kiinteitä{0}}kuvia ennen kuin ostat sähköauton?
Minulta kysytään tätä jatkuvasti. Juhlissa (akkuinsinöörit käyvät juhlissa ok), konferensseissa, satunnaiset sukulaiset Facebookissa.
Vastaus: Ei. Älä odota.
Jos haluat sähköauton nyt, osta sähköauto nyt. Nykyiset sähköautot ovat todella hyviä! Malli 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, kaikki vankat valinnat. Todistettu tekniikka. Tunnettu luotettavuus.
Siihen mennessä kun edullisia solid-state-sähköautoja on olemassa:
Olet ajanut nykyisellä sähköautollasi jo 5+ vuotta
Tekniikka on edelleen ensimmäinen-sukupolvi, jossa on tuntemattomia ongelmia
Latausinfrastruktuuri tulee olemaan entistä parempi
Käytettyjen sähköautojen hinnat ovat saattaneet romahtaa, kuka tietää
Jos aiot ostaa loppuvuodesta 2027 tai 2028? Sitten ehkä odotellaan, mitä todella julkaistaan. Mutta älä laita elämääsi pitoon.
Tekniikka kehittyy koko ajan. Aina on jotain parempaa tulossa "pian". Ei voi odottaa ikuisesti.
Odotin 4K-television ostamista vuoteen 2019 asti. Tiedätkö mitä tapahtui? Niistä tuli halvempia ja parempia. Mutta minulla ei myöskään ollut 4K-televisiota 6 vuoteen. Oliko se sen arvoista? Rehellisesti... ei. Olisi pitänyt ostaa vain yksi.
Energiatiheysluvut ovat valheita (eräänlaisia)
Okei ei valehtele. Mutta harhaanjohtavaa.
Kaikki heittelevät energiatiheyslukuja. "400 Wh/kg!" "500 Wh/kg!" "900 Wh/kg!"
Tässä on se, mitä he eivät kerro sinulle:
Nykyiset litiumioni{0}}KENNOT: 250-300 Wh/kg
Nykyiset litium-ioniPAKKAUKSET: 150-200 Wh/kg
Näetkö eron? Pakkaus sisältää kotelon, jäähdytyksen, johdotuksen ja akunhallintajärjestelmät. Kuten 30-40% akun painosta ei ole edes akkua.
Kiinteä{0}}soluvaatimukset: 400-500 Wh/kg
Solid State PACK -todellisuus: Kuka tietää? 250-350 Wh/kg ehkä?
Joten kun Toyota sanoo "kaksinkertainen energiatiheys!" he vertaavat parhaita{0}}tapaussolujen numeroita nykyisiin pakkausnumeroihin. Ei omenoista omenoihin.
Todellinen parannus pakkaustasolla on todennäköisesti 50-75%. Mikä on silti hienoa! Todella hienoa! Mutta vallankumouksen markkinointi ei tarkoita.
Myöskään energiatiheys ei ole kaikki kaikessa. Tehon tiheydellä on merkitystä (kuinka nopeasti purkaudut). Pyörän elämällä on väliä. Lämpötilan suorituskyky. Hinta per kWh on tärkein massakäyttöönoton kannalta.
Akku, joka maksaa 2000 dollaria/kWh 500 Wh/kg:lla, on huonompi kuin 100 dollaria/kWh maksava akku 250 Wh/kg:lla. Useimpiin sovelluksiin joka tapauksessa.
Varsinaiset suositukseni
Jos olet tavallinen henkilö:Unohda solid-state{0}}olemassa toistaiseksi. Osta mitä tarvitset nykytekniikalla. Se toimii hyvin.
Jos ostat sähköauton vuosina 2025-2026:Osta nyt nykyisellä litium{0}}ionilla. Älä odota. Täydellinen tulevaisuuden sähköauto ei ole tulossa tarpeeksi pian.
Jos olet sijoittaja:Tämä on suuri riski, korkea palkkio. Lyön vetoa vakiintuneisiin pelaajiin (Samsung, Toyota, CATL) kuin startupeihin. Mutta se olen vain minä. En pidä riskeistä-, koska olen nähnyt liian monta akkua kaatuvan ja palavan. Kirjaimellisesti yhdessä tapauksessa.
Jos olet insinööri:Tule tälle alalle! Se on turhauttavaa, mutta todella jännittävää. Valmistaudu vain hitaaseen edistymiseen ja moniin umpikujaan.
Jos aiot ostaa vuosina 2027-2028:Ala kiinnittää huomiota siihen, kuka todella toimittaa vai kuka vain tekee ilmoituksia. Rahani ovat Samsungissa ja ehkä Nissanissa.
Mitä EI saa tehdä:Älä osta "solid state -akkuja saatavilla nyt!" luonnollisilta verkkosivuilta. He valehtelevat. Jos se on totta, se tulee olemaan suurissa uutispisteissä ja suurilta valmistajilta.
Ja vielä yksi asia: Jos tarvitset akkuja NYT ja haluat jotain tavallisen litium-ionin ja solid-state-unelman väliltä? Tutustulitiumpolymeeriakut. Ne eivät ole kiinteä{1}}johteisia, mutta paljon turvallisempia kuin tavallinen li-ion, eivät vuoda, ja voit hankkia ne jo tänään. Käytetty tonneissa RC-tavaroissa ja joissakin puhelimissa. Ei vallankumouksellinen, mutta todella saatavilla lol.
