સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી: નેક્સ્ટ જનરેશન બેટરી રૂટ

સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી: નેક્સ્ટ જનરેશન બેટરી રૂટ

14 મેના રોજ, "ધ કોરિયા ટાઇમ્સ" અને અન્ય મીડિયા અહેવાલો અનુસાર, સેમસંગ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો વિકસાવવા અને હ્યુન્ડાઇ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે પાવર બેટરી અને અન્ય કનેક્ટેડ કારના ભાગો પ્રદાન કરવા માટે હ્યુન્ડાઇ સાથે સહકાર કરવાની યોજના ધરાવે છે. મીડિયા આગાહી કરે છે કે સેમસંગ અને હ્યુન્ડાઈ ટૂંક સમયમાં બેટરી સપ્લાય પર બિન-બંધનકર્તા મેમોરેન્ડમ પર હસ્તાક્ષર કરશે. અહેવાલ છે કે સેમસંગે તેની નવીનતમ સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી હ્યુન્ડાઈને રજૂ કરી છે.

સેમસંગના જણાવ્યા અનુસાર, જ્યારે તેની પ્રોટોટાઇપ બેટરી સંપૂર્ણ ચાર્જ થાય છે, ત્યારે તે એક સમયે 800 કિલોમીટરથી વધુ ચાલવા માટે ઇલેક્ટ્રિક કારને મંજૂરી આપી શકે છે, જેની બેટરી સાયકલ 1,000 ગણી વધુ છે. તેનું વોલ્યુમ સમાન ક્ષમતાની લિથિયમ-આયન બેટરી કરતાં 50% નાનું છે. આ કારણોસર, સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીને આગામી દસ વર્ષમાં ઇલેક્ટ્રિક વાહનો માટે સૌથી યોગ્ય પાવર બેટરી માનવામાં આવે છે.

માર્ચ 2020ની શરૂઆતમાં, સેમસંગ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફોર એડવાન્સ્ડ સ્ટડી (SAIT) અને સેમસંગ રિસર્ચ સેન્ટર ઑફ જાપાન (SRJ) એ "નેચર એનર્જી" મેગેઝિનમાં "સિલ્વર દ્વારા સક્ષમ હાઇ-એનર્જી લોંગ-સાઇકલિંગ ઓલ-સોલિડ-સ્ટેટ લિથિયમ મેટલ બેટરી" પ્રકાશિત કરી. -કાર્બન કમ્પોઝિટ એનોડ"એ સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીના ક્ષેત્રમાં તેમનો નવીનતમ વિકાસ રજૂ કર્યો.

આ બેટરી ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ કરે છે, જે ઊંચા તાપમાને જ્વલનશીલ નથી અને પંચર શોર્ટ સર્કિટને ટાળવા માટે લિથિયમ ડેંડ્રાઇટ્સના વિકાસને પણ અટકાવી શકે છે. વધુમાં, તે એનોડ તરીકે સિલ્વર-કાર્બન (એજી-સી) સંયુક્ત સ્તરનો ઉપયોગ કરે છે, જે ઉર્જા ઘનતાને 900Wh/L સુધી વધારી શકે છે, 1000 થી વધુ ચક્રની લાંબી ચક્ર આયુષ્ય ધરાવે છે અને ખૂબ ઊંચી કુલોમ્બિક કાર્યક્ષમતા (ચાર્જ) અને ડિસ્ચાર્જ કાર્યક્ષમતા) 99.8%. તે એક જ ચુકવણી પછી બેટરી ચલાવી શકે છે. કારે 800 કિલોમીટરનો પ્રવાસ કર્યો.

જો કે, SAIT અને SRJ જે પેપર પ્રકાશિત કરે છે તે સેમસંગ SDIને બદલે વૈજ્ઞાનિક સંશોધન સંસ્થાઓ છે, જે ટેકનોલોજી પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. આ લેખ ફક્ત નવી બેટરીના સિદ્ધાંત, માળખું અને પ્રદર્શનને સ્પષ્ટ કરે છે. તે પ્રાથમિક રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે કે બેટરી હજુ પણ પ્રયોગશાળાના તબક્કામાં છે અને ટૂંકા ગાળામાં મોટા પ્રમાણમાં ઉત્પાદન કરવું મુશ્કેલ બનશે.

સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી અને પરંપરાગત પ્રવાહી લિથિયમ-આયન બેટરી વચ્ચેનો તફાવત એ છે કે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ અને વિભાજકને બદલે ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો ઉપયોગ થાય છે. લિથિયમ-ઇન્ટરકેલેટેડ ગ્રેફાઇટ એનોડનો ઉપયોગ કરવો જરૂરી નથી. તેના બદલે, મેટલ લિથિયમનો ઉપયોગ એનોડ તરીકે થાય છે, જે એનોડ સામગ્રીની સંખ્યા ઘટાડે છે. ઉચ્ચ શરીર ઊર્જા ઘનતા (>350Wh/kg) અને લાંબુ આયુષ્ય (>5000 ચક્ર), તેમજ વિશેષ કાર્યો (જેમ કે લવચીકતા) અને અન્ય જરૂરિયાતો સાથે પાવર બેટરી.

નવી સિસ્ટમ બેટરીઓમાં સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી, લિથિયમ ફ્લો બેટરી અને મેટલ-એર બેટરીનો સમાવેશ થાય છે. ત્રણ સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીમાં તેમના ફાયદા છે. પોલિમર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ કાર્બનિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ છે, અને ઓક્સાઇડ્સ અને સલ્ફાઇડ્સ અકાર્બનિક સિરામિક ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ છે.

વૈશ્વિક સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી કંપનીઓ પર નજર કરીએ તો, ત્યાં સ્ટાર્ટ-અપ્સ છે અને આંતરરાષ્ટ્રીય ઉત્પાદકો પણ છે. કંપનીઓ વિવિધ માન્યતાઓ સાથે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સિસ્ટમમાં એકલી છે, અને તકનીકી પ્રવાહ અથવા એકીકરણનો કોઈ વલણ નથી. હાલમાં, કેટલાક તકનીકી માર્ગો ઔદ્યોગિકીકરણની સ્થિતિની નજીક છે, અને સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીના ઓટોમેશનનો માર્ગ પ્રગતિમાં છે.

યુરોપિયન અને અમેરિકન કંપનીઓ પોલિમર અને ઓક્સાઇડ સિસ્ટમ પસંદ કરે છે. ફ્રેન્ચ કંપની Bolloréએ પોલિમર આધારિત સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીના વ્યાપારીકરણમાં આગેવાની લીધી. ડિસેમ્બર 2011 માં, 30kwh સોલિડ-સ્ટેટ પોલિમર બેટરી + ઇલેક્ટ્રિક ડબલ-લેયર કેપેસિટર્સ દ્વારા સંચાલિત તેના ઇલેક્ટ્રિક વાહનોએ શેર કરેલ કાર માર્કેટમાં પ્રવેશ કર્યો, જે વિશ્વમાં પ્રથમ વખત હતું. EVs માટે કોમર્શિયલ સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી.

Sakti3, પાતળી-ફિલ્મ ઓક્સાઇડ સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી ઉત્પાદક, 2015 માં બ્રિટિશ હોમ એપ્લાયન્સ જાયન્ટ ડાયસન દ્વારા હસ્તગત કરવામાં આવી હતી. તે પાતળી-ફિલ્મની તૈયારીના ખર્ચ અને મોટા પાયે ઉત્પાદનની મુશ્કેલીને આધિન છે, અને ત્યાં કોઈ મોટા પાયે નથી. લાંબા સમય માટે ઉત્પાદન ઉત્પાદન.

સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી માટે મેક્સવેલની યોજના સૌપ્રથમ નાની બેટરી માર્કેટમાં પ્રવેશવાની છે, 2020માં તેનું મોટા પાયે ઉત્પાદન કરશે અને 2022માં ઉર્જા સંગ્રહના ક્ષેત્રમાં તેનો ઉપયોગ કરશે. ઝડપી વ્યાપારી એપ્લિકેશન ખાતર, મેક્સવેલ પહેલા અર્ધ-સ્થિતિની બેટરીનો પ્રયાસ કરવાનું વિચારી શકે છે. ટૂંકા ગાળામાં નક્કર બેટરી. તેમ છતાં, અર્ધ-નક્કર બેટરીઓ વધુ ખર્ચાળ હોય છે અને તે મુખ્યત્વે ખાસ માંગ ક્ષેત્રોમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે, જે મોટા પાયે એપ્લિકેશનને મુશ્કેલ બનાવે છે.

નોન-થિન-ફિલ્મ ઓક્સાઈડ પ્રોડક્ટ્સ ઉત્તમ એકંદર પ્રદર્શન ધરાવે છે અને હાલમાં વિકાસમાં લોકપ્રિય છે. તાઇવાન હુઇનેંગ અને જિઆંગસુ કિંગદાઓ બંને આ ટ્રેક પરના જાણીતા ખેલાડીઓ છે.

જાપાનીઝ અને કોરિયન કંપનીઓ સલ્ફાઇડ સિસ્ટમના ઔદ્યોગિકીકરણની સમસ્યાઓને ઉકેલવા માટે વધુ પ્રતિબદ્ધ છે. ટોયોટા અને સેમસંગ જેવી પ્રતિનિધિ કંપનીઓએ તેમની જમાવટને વેગ આપ્યો છે. સલ્ફાઇડ સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીઓ (લિથિયમ-સલ્ફર બેટરી) તેમની ઉર્જા ઘનતા અને ઓછી કિંમતને કારણે પ્રચંડ વિકાસની સંભાવના ધરાવે છે. તેમાંથી ટોયોટાની ટેક્નોલોજી સૌથી અદ્યતન છે. તેણે એમ્પીયર-લેવલ ડેમો બેટરી અને ઈલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રદર્શન બહાર પાડ્યું. તે જ સમયે, તેઓએ મોટા બેટરી પેક તૈયાર કરવા માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે ઉચ્ચ ઓરડાના તાપમાને વાહકતા સાથે એલજીપીએસનો પણ ઉપયોગ કર્યો.

જાપાને દેશવ્યાપી સંશોધન અને વિકાસ કાર્યક્રમ શરૂ કર્યો છે. સૌથી આશાસ્પદ જોડાણ ટોયોટા અને પેનાસોનિક છે (ટોયોટામાં સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી વિકસાવવામાં લગભગ 300 એન્જિનિયર સામેલ છે). તેણે કહ્યું કે તે પાંચ વર્ષમાં સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીનું વ્યાપારીકરણ કરશે.

ટોયોટા અને NEDO દ્વારા વિકસિત ઓલ-સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીઓના વ્યાપારીકરણની યોજના હાલની LIB ઉત્સાહિત અને હાનિકારક સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને ઓલ-સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી (પ્રથમ પેઢીની બેટરી) વિકસાવવા સાથે શરૂ થાય છે. તે પછી, તે ઊર્જાની ઘનતા (નેક્સ્ટ જનરેશન બેટરી) વધારવા માટે નવી સકારાત્મક અને નકારાત્મક સામગ્રીનો ઉપયોગ કરશે. ટોયોટા 2022 માં સોલિડ-સ્ટેટ ઇલેક્ટ્રિક વાહનોના પ્રોટોટાઇપનું ઉત્પાદન કરે તેવી અપેક્ષા છે, અને તે 2025 માં કેટલાક મોડેલોમાં સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીનો ઉપયોગ કરશે. 2030 માં, મોટા પાયે ઉત્પાદન એપ્લિકેશન્સ પ્રાપ્ત કરવા માટે ઊર્જા ઘનતા 500Wh/kg સુધી પહોંચી શકે છે.

પેટન્ટના પરિપ્રેક્ષ્યમાં, સોલિડ-સ્ટેટ લિથિયમ બેટરી માટે ટોચના 20 પેટન્ટ અરજદારોમાં, જાપાનીઝ કંપનીઓનો હિસ્સો 11 હતો. ટોયોટાએ સૌથી વધુ અરજી કરી હતી, જે બીજી પેનાસોનિક કરતા 1,709 ગણી 2.2 સુધી પહોંચી હતી. ટોચની 10 કંપનીઓ તમામ જાપાનીઝ અને દક્ષિણ કોરિયન છે, જેમાં 8 જાપાન અને 2 દક્ષિણ કોરિયાની છે.

પેટન્ટના વૈશ્વિક પેટન્ટ લેઆઉટના પરિપ્રેક્ષ્યમાં, જાપાન, યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ, ચીન, દક્ષિણ કોરિયા અને યુરોપ મુખ્ય દેશો અથવા પ્રદેશો છે. સ્થાનિક એપ્લિકેશનો ઉપરાંત, ટોયોટા પાસે યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સ અને ચીનમાં સૌથી વધુ નોંધપાત્ર સંખ્યામાં અરજીઓ છે, જે કુલ પેટન્ટ અરજીઓમાં અનુક્રમે 14.7% અને 12.9% હિસ્સો ધરાવે છે.

મારા દેશમાં સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીનું ઔદ્યોગિકીકરણ પણ સતત સંશોધન હેઠળ છે. ચીનના ટેકનિકલ રૂટ પ્લાન મુજબ, 2020 માં, તે ધીમે ધીમે નક્કર ઇલેક્ટ્રોલાઇટ, ઉચ્ચ વિશિષ્ટ ઊર્જા કેથોડ સામગ્રી સંશ્લેષણ અને ત્રિ-પરિમાણીય માળખું માળખું લિથિયમ એલોય બાંધકામ તકનીકનો અહેસાસ કરશે. તે 300Wh/kg નાની-ક્ષમતા ધરાવતી સિંગલ બેટરી સેમ્પલ મેન્યુફેક્ચરિંગને ઓળખશે. 2025 માં, સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી ઇન્ટરફેસ કંટ્રોલ ટેક્નોલોજી 400Wh/kg મોટી-ક્ષમતાવાળી સિંગલ બેટરી સેમ્પલ અને ગ્રૂપ ટેક્નોલોજીનો અનુભવ કરશે. એવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે કે સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી અને લિથિયમ-સલ્ફર બેટરી 2030 માં મોટા પાયે ઉત્પાદન અને પ્રમોટ કરવામાં આવશે.

CATLના IPO ભંડોળ ઊભુ કરવાના પ્રોજેક્ટમાં નેક્સ્ટ જનરેશનની બેટરીઓમાં સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીનો સમાવેશ થાય છે. NE ટાઇમ્સના અહેવાલો અનુસાર, CATL ઓછામાં ઓછા 2025 સુધીમાં સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીનું મોટા પાયે ઉત્પાદન હાંસલ કરવાની અપેક્ષા રાખે છે.

એકંદરે, પોલિમર સિસ્ટમ ટેકનોલોજી સૌથી પરિપક્વ છે, અને પ્રથમ EV-સ્તરનું ઉત્પાદન જન્મે છે. તેની વૈચારિક અને આગળ દેખાતી પ્રકૃતિએ મોડેથી આવનારાઓ દ્વારા સંશોધન અને વિકાસમાં રોકાણને વેગ આપ્યો છે, પરંતુ પ્રદર્શનની ઉપલી મર્યાદા વૃદ્ધિને પ્રતિબંધિત કરે છે, અને અકાર્બનિક ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ સાથે સંયોજન ભવિષ્યમાં શક્ય ઉકેલ હશે; ઓક્સિડેશન; સામગ્રી પ્રણાલીમાં, પાતળા-ફિલ્મ પ્રકારોનો વિકાસ ક્ષમતા વિસ્તરણ અને મોટા પાયે ઉત્પાદન પર કેન્દ્રિત છે, અને બિન-ફિલ્મ પ્રકારોનું એકંદર પ્રદર્શન વધુ સારું છે, જે વર્તમાન સંશોધન અને વિકાસનું કેન્દ્ર છે; સલ્ફાઇડ સિસ્ટમ એ ઇલેક્ટ્રિક વાહનોના ક્ષેત્રમાં સૌથી આશાસ્પદ સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી સિસ્ટમ છે, પરંતુ વૃદ્ધિ અને અપરિપક્વ તકનીક માટે વિશાળ જગ્યા ધરાવતી ધ્રુવીકરણ પરિસ્થિતિમાં, સુરક્ષા સમસ્યાઓ અને ઇન્ટરફેસ સમસ્યાઓનું નિરાકરણ ભવિષ્યનું ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે.

સોલિડ-સ્ટેટ બેટરી દ્વારા સામનો કરવામાં આવતા પડકારોમાં મુખ્યત્વે સમાવેશ થાય છે:

• ખર્ચમાં ઘટાડો.
• ઘન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સની સલામતીમાં સુધારો.
• ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોડ્સ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ વચ્ચે સંપર્ક જાળવી રાખવો.

લિથિયમ-સલ્ફર બેટરી, લિથિયમ-એર અને અન્ય સિસ્ટમોને સમગ્ર બેટરી સ્ટ્રક્ચર ફ્રેમ બદલવાની જરૂર છે, અને ત્યાં વધુ અને વધુ નોંધપાત્ર સમસ્યાઓ છે. સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીના સકારાત્મક અને નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ્સ વર્તમાન સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરવાનું ચાલુ રાખી શકે છે, અને અનુભૂતિની મુશ્કેલી પ્રમાણમાં નાની છે. નેક્સ્ટ જનરેશન બેટરી ટેક્નોલોજી તરીકે, સોલિડ-સ્ટેટ બેટરીમાં સલામતી અને ઉર્જા ઘનતા વધુ હોય છે અને લિથિયમ પછીના યુગમાં તે એકમાત્ર રસ્તો બની જશે.