Wat is het verschil tussen een halfvastestofbatterij en een vastestofbatterij?
Wat is een halfvaste batterij?
Semi-solid-state batterijen maken gebruik van een hybride ontwerp van vaste elektrolyt en vloeibare elektrolyt. De elektrode aan de ene kant van de batterij bevat geen vloeibaar elektrolyt en de elektrode aan de andere kant bevat vloeibaar elektrolyt.
De verhouding tussen vast elektrolyt en vloeibaar elektrolyt is niet één op één, maar is verdeeld volgens het aandeel vloeibaar elektrolyt in de batterijcel: vloeibaar (25wt%), halfvast (5-10wt%), quasi-vast (0-5wt%) en volledig vast (0wt%).
Vergeleken met bestaande lithium-ion-accu's zijn halfvaste accu's klein van formaat, stabieler en veiliger, kunnen ze een hogere energiedichtheid bereiken en zijn ze veel goedkoper dan lithium-ion-accu's.
Wat is het verschil tussen halfvaste en volledig vaste accu's?
Een halfvaste accu is geen halfvaste accu. Alle halfvaste accu's zijn 100% vrij van vloeibaar elektrolyt. Hoewel de semi-halfgeleideraccu en de halfgeleideraccu in principe op elkaar lijken, zijn er belangrijke verschillen:
Elektrolytische materialen
Halfvaste batterijen: gebruiken een combinatie van gedeeltelijk vaste elektrolyten en gedeeltelijk vloeibare elektrolyten. De vaste elektrolyt is meestal een keramisch of polymeer materiaal, terwijl de vloeibare elektrolyt een traditionele vloeibare elektrolyt is. Deze combinatie kan de ionische geleidbaarheid en de interfaciale stabiliteit van de batterij verbeteren.
Volledig solide batterijen: gebruiken vaste elektrolyten volledig zonder vloeibare componenten. Vaste elektrolyten kunnen keramiek, polymeren of andere vaste materialen zijn, met een hoge stabiliteit en veiligheid.
Veiligheid
Halfvaste batterijen: Vergeleken met traditionele accu's met vloeibare elektrolyten is de veiligheid verbeterd omdat gedeeltelijk vaste elektrolyten het risico op lekkage van vloeibare elektrolyten kunnen verminderen. Omdat de accu echter nog steeds vloeibare componenten bevat, is de veiligheid niet zo goed als die van volledig vaste accu's.
Volledig solide batterijen: Omdat er volledig gebruik wordt gemaakt van vaste elektrolyten, is er geen risico op lekkage of verbranding van vloeibare elektrolyten en is de veiligheid het grootst.
Energiedichtheid
Halfvaste batterijen: hebben een hogere energiedichtheid omdat gedeeltelijk vaste elektrolyten de algehele stabiliteit en laad- en ontlaadefficiëntie van de accu kunnen verbeteren, maar omdat de accu nog steeds vloeibare componenten bevat, is de energiedichtheid niet zo hoog als die van volledig vaste accu's.
Volledig solide batterijen: Omdat vaste elektrolyten volledig worden gebruikt, kan een hogere energiedichtheid worden bereikt en de potentiële energiedichtheid overtreft die van traditionele accu's met vloeibare elektrolyten en halfvaste accu's ruimschoots.
Productie en kosten
Semi-massieve batterij: Het productieproces is relatief eenvoudig, omdat een deel van het fabricageproces kan worden gebruikt in de bestaande productielijn voor vloeibaar-elektrolyt batterijen, zodat de kosten lager zijn dan die van volledig vastestofbatterijen.
Volledig solid-state batterij: Het productieproces is complex en de technologie is moeilijk. De huidige productiekosten zijn hoog, maar met de vooruitgang van de technologie en de productie op grote schaal zullen de kosten naar verwachting dalen.
Wat zijn de voordelen van halfvaste batterijen?
1. Hoge energiedichtheid
De bovengrens van de energiedichtheid van vloeibare lithium-ion-accu's wordt algemeen erkend als ongeveer 300Wh/kg-400Wh/kg. De theoretische energiedichtheid van solid-state batterijen is wel 700Wh/kg, bijna het dubbele van de huidige meest geavanceerde lithiumbatterijgegevens.
2. Het probleem van temperatuurverzwakking overwinnen
Vaste elektrolyten worden gebruikt in halfvaste batterijen en vaste elektrolyten hebben geen invloed op de prestaties van de batterij als gevolg van lage temperaturen. Dit lost effectief het probleem op van de kortere levensduur van de batterij in de winter voor puur elektrische voertuigen.
3. Hogere veiligheid
Halfvaste batterijen of batterijen in vaste toestand hebben geen vloeibare stoffen of de vloeibare stoffen zijn sterk gereduceerd. Daarom wordt bij beschadiging of doorboring spontane verbranding of explosie effectief voorkomen.
4. Langere levensduur
Volgens de beschikbare gegevens heeft de huidige semi-vaste accu een capaciteitsbehoud van meer dan 85% na 2000 cycli bij kamertemperatuur. Onder dezelfde omstandigheden hebben gewone vloeibare batterijen een capaciteitsbehoud van slechts ongeveer 80% na 1200 cycli.
Waar komt de technologie van halfvaste batterijen vandaan?
Semi-solid-state technologie is meer een tussenproduct in het onderzoek naar volledig solid-state batterijen. Solid-state batterijen hebben nog steeds veel problemen op het gebied van schaal, commercialisering en kosten.
Veel batterijbedrijven kiezen ervoor om het onderzoek naar en de ontwikkeling van semi-massieve batterijen eerst te versnellen. Desondanks zijn er nog steeds mensen die geloven dat solid-state accu's uiteindelijk moeilijk te commercialiseren zullen zijn, en semi-massieve batterijen zijn nu al de ultieme oplossing voor elektrische voertuigen.
Op 17 december 2023 livestreamde NIO het gebruik van een semi-solid-state batterij van 150 kWh om een actieradiusuitdaging van 1000 km te voltooien.
Volgens de momenteel gepubliceerde technische informatie is de vaste elektrolyt die gebruikt wordt in solid-state batterijen afhankelijk van zeldzame metalen en complexe processen, wat de belangrijkste reden is voor de kosten.
Semi-massieve lithiumbatterijen verschillen slechts in ongeveer 20% van het proces. Ze zijn gebaseerd op de transformatie van bestaande batterijproductielijnen en kunnen sneller in massa worden geproduceerd. Daarom is, in termen van economische efficiëntie en industrialisatiesnelheid, semi-solid-state technologie momenteel het beste voor bedrijven.
Hoe halfvaste batterijen werken
Zoals alle accu's geven halfvaste accu's stroom af door chemische reacties tussen positieve en negatieve elektrodematerialen. Semi-vaste accu's hebben meestal elektrolyten die dichter bij gel liggen. In traditionele lithiumaccu's zijn de positieve en negatieve elektrodes "energieopslagplaatsen" en is de elektrolyt als een "kanaal" dat lithiumionen vrij laat bewegen tussen de positieve en negatieve elektrodes. Daarom wordt het ook een vloeibare batterij genoemd.
Semi-massieve batterijen hebben innovaties doorgevoerd op het gebied van elektrodematerialen. Ze gebruiken "modder" die wordt gevormd door het mengen van fijne lithiumverbindingdeeltjes met vloeibare elektrolyt als elektrodemateriaal. Dit hybride ontwerp zorgt ervoor dat de batterij de hoge veiligheid van vastestofbatterijen behoudt en tegelijkertijd de hoge ionenoverdracht van vloeibare batterijen heeft.
Is halfvast al commercieel verkrijgbaar?
Sommige bedrijven zijn begonnen met kleinschalige productie en hebben dit toegepast op consumentenelektronica en elektrische voertuigen.
Zo lanceerde het Chinese automerk Zhiji dit keer een semi-vastestofbatterij. Volgens de officiële beschrijving bevat de batterij zowel vaste als vloeibare elektrolyten.
Zhiji is niet het eerste nieuwe energievoertuigbedrijf dat semi-solid-state batterijen installeert. Eind vorig jaar voerde NIO een lange test live uit met de NIO ET7 uitgerust met een 150kWh semi-solid-state batterij en de actieradius bedroeg meer dan 1044 km.
Er zijn echter nog steeds geen toepassingen die gebruik maken van semi-solid-state batterijen die gekocht kunnen worden. Pas in april 2024 lanceerde NIO een huurevenement voor 150kwh semi-solid-state batterijen.
NL 
EN 
ES 
DE 
PT 
AR 
KU 
ID 
RU 
SL 
KO 
FR 
IT 
BG 
CS 