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下一代電動汽車技術:3D打印固態電池

來源:太原市奧藍電子科技有限公司 時間:2021-01-26 08:47:32 瀏覽量:
      2021年1月,瑞士Blackstone Resources(黑石資源 )公司的專有3D打印鋰離子固態電池技術,取得了一系列重要的突破。它一直通過德國子公司Blackstone Technology GmbH投資于下一代電池技術。包括獲得專利的3D打印技術和對電池批量生產的研究。恰好的是,德國是全球3D打印技術最為發達的國家之一。

      與目前的鋰離子電池技術相比,3D打印固態電池具有將能量密度提高一倍,制造成本降低一半的潛力。

3D打印固態電池的比較優勢

 

當前最先進的電池生產面臨的一些弱點:

  • 不夠靈活,無法支持必須與產品設計相匹配的組件設計

  • 它仍然太昂貴(目標:<80US $ / kWh)

  • 不適用于未來的設計,例如全固態電池

  • 提供的能量密度仍然太低(目標:600英里且> 300Wh / kg)

  • 原材料仍然不安全

  • 碳排放仍然太高

    3D打印的“多孔”電極可提高能量密度??梢詫㈦姌O中的材料打印成三維晶格結果。晶格意味著電極具有更大的暴露表面積,增大化學反應面積,電池效率更高。另外,3D打印電池模塊不需要多余的物質即可以實現一體化。想象一下,特斯拉85kWh電池組由7104個電池組成,將7104塊電池粘合在一起的膠水和電線的重量相當大了。但是如果這些變成是增材制造過程的一部分,而不是多余的材料,能量密度將大大提高

    與使用液體電解質的傳統電池設計相比,Blackstone Technology的3D打印工藝具有明顯的優勢。顯著降低成本,提高電池尺寸的生產靈活性,可以不依賴電極化學性質而實現這些優點。

     

    Blackstone的3D打印固態電池技術,解決了這些弱點:

     

    • 3D打印鋰離子電池生產已經成熟,且有專利,在生產過程中可提供最大的靈活性;

    • 可節省30%的CAPEX和10%的OPEX,而采用固態技術時,可節省70%的CAPEX和30%的OPEX;

    • 世界上第一個3D打印生產工藝,可以批量生產固態電池;

    • 可將能量密度提高20%,用固態技術時可提高100%;

    • 利用自身資源來縮短供應鏈,并確保長期獲取電池材料;

    • 通過將干燥過程減少50%,可將能源消耗降低25%,這是電池組電池最重要的制造成本——占總能源成本的45%至57%。
       

      黑石技術有限公司CEO霍爾格·格里茨卡(Holger Gritzka)表示:“我們迄今為止在3D打印電池技術方面的發展,為固態電池的大規模生產鋪平了道路。除了汽車工業等主要市場之外,船舶應用和新型5G無線網絡也將會受益于3D打印固態電池的優勢。”

      埃隆·馬斯克(Elon Musk)承認獲得下一代電池技術以及生產這些電池所需的原材料的重要性。即使采用減少電池材料量的新技術,電動汽車的需求也可能很快超過這些車輛所需的電池材料量。


      馬斯克預計,下一代電池將使用更少的電池金屬(例如鈷),而使用更多的鎳和鋰。實際上,隨著特斯拉與大型汽車制造商的入局,所有這些金屬的需求可能會大幅增加,大型汽車制造商也開始推出電動汽車,并計劃把全部汽車都電動化。

      Blackstone Resources開發并測試了3D打印電池,獲得歐洲“地平線2020”計劃資助,在電池密度,充電周期和成本方面均取得了顯著成績。這家瑞士公司還開發了一種工作流程,可使用專有的電池打印技術在2021年以各種形狀或形式來批量生產這些電池,充電速度最大可以提高大約六倍。



      利用3D打印工藝技術,美國Keracel能夠將陶瓷電解質厚度降低到100um,長期目標是達到15um。這些技術進步將使Keracel陶瓷電池能夠提供1200Wh/L的能量密度,這大約是標準鋰離子電池的兩倍,并且能夠滿足工業和汽車企業應用中高倍率需要。

 

      當然,對于特斯拉來說,因為股價高,資本充足,可以通過有針對性的收購迅速加快步伐。

 
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