China omarmt de volgende generatie solid-state batterijrevolutie met technologische doorbraken

SHANGHAI -- In een belangrijke doorbraak die de toekomst van elektrische voertuigen zou kunnen hervormen, hebben Chinese onderzoekers een mechanisme ontdekt achter de defecten van solid-state lithiumbatterijen.

Dit komt op een moment dat China is uitgegroeid tot een wereldleider in de lithiumbatterij-industrie. Het land strijdt nu met zijn internationale rivalen, met name die uit Japan en de Republiek Korea, om de batterijtechnologieën van de volgende generatie te omarmen.

Solid-state batterijen, algemeen beschouwd als een van de meest veelbelovende oplossingen in het komende decennium, zouden de energieopslag radicaal kunnen veranderen. Het overwinnen van hun technische hindernissen blijft echter de grootste huidige uitdaging.

DE OORZAAK VINDEN

In tegenstelling tot vloeibare elektrolyten die in conventionele batterijen worden gebruikt, hebben vaste elektrolyten moeite om de spanningen te absorberen die worden veroorzaakt door de uitzetting en samentrekking van lithium tijdens oplaadcycli.

Deze spanningen kunnen scheuren veroorzaken of de vorming van dendrieten - kleine, naaldachtige structuren die kortsluiting kunnen veroorzaken - en vormen zo grote uitdagingen voor de industrialisatie van de technologie.

In hun nieuwe studie ontdekten de onderzoekers van de Tongji Universiteit en de Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie dat defecten in solid-state batterijen nauw verband houden met de cyclische vermoeidheid van de lithiummetalen anode.

Ze observeerden ook dat deze vermoeidheid zich houdt aan goed gedefinieerde mechanische principes, zoals het herhaaldelijk buigen van een paperclip deze verzwakt totdat deze uiteindelijk breekt.

Deze ontdekking, gepubliceerd op vrijdag in het tijdschrift Science, biedt een kwantitatief kader voor het voorspellen van de levenscycli van batterijen en opent nieuwe wegen voor het ontwerpen van energieopslagsystemen met een langere levensduur.

"Het werk erkent het belang van vermoeidheid in de prestaties van lithiummetalen anodes in solid-state batterijen," merkten Jagjit Nanda en Sergiy Kalnaus, twee Amerikaanse batterijwetenschappers, op in een perspectief op het onderzoek.

BATTERIJREVOLUTIE

Dit onderzoek onderstreept de aanhoudende R&D-investeringen van China in elektrochemie in de afgelopen jaren. Deze doorbraken stimuleren nu de industriële voorsprong van China en bereiden het land voor om zijn succes te herhalen in de komende revolutie in batterijtechnologie.

Solid-state batterijen, die vaste elektrolyten gebruiken in plaats van vloeibare, bereiken een veel hogere energiedichtheid (tot 500 Wh/kg) dan traditionele vloeibare lithium-ionbatterijen (200-300 Wh/kg). Dit levert meer energie in hetzelfde volume en vermindert de batterijgrootte.

Ze hebben ook een betere thermische stabiliteit, zijn niet-ontvlambaar en lopen geen risico op vloeistoflekkage, waardoor het risico op zelfontbranding en explosie aanzienlijk wordt verlaagd.

Ouyang Minggao, een expert op het gebied van nieuwe energie-energiesystemen en professor aan de Tsinghua Universiteit, voorspelde dat het bereiken van een energiedichtheid van 500 Wh/kg afhankelijk zal zijn van kritieke ontwikkelingen in de materiaalkunde, waarbij 2027 een cruciaal jaar zal zijn voor baanbrekende innovaties.

Chinese batterijgiganten CATL en BYD hebben 2027 als doel gesteld voor kleinschalige productie van solid-state batterijen.

Wetenschappelijke teams intensiveren hun samenwerking met batterijbedrijven aan de frontlinie om de commercialisering van technologieën te versnellen.

Het Shenzhen Institute of Advanced Technology van de Chinese Academie van Wetenschappen heeft een samenwerkingsovereenkomst getekend met BYD, gericht op geavanceerde gebieden zoals solid-state batterijen.

Sun Huajun, CTO van de batterijdivisie van BYD, voorspelde dat solid-state batterijen rond 2030 grootschalig zullen worden toegepast.

De voorsprong van China in de massaproductie van volledig solid-state batterijen ligt in de enorme industrie- en marktschaal.

"Met de meest complete industriële keten, de grootste markt en de meeste onderzoekers hebben we veel vertrouwen in de aanpak en routekaart van China voor deze technologie," zei Zu Sijie, vice-president van SAIC Motor.