65438 년 2 월 8 일 대중과 빌 게이츠가 투자한 신생 회사인 QuantumScape 는 10 년 동안 연구한 솔리드 스테이트 배터리의 최신 성능 데이터를 발표했습니다. 이 솔리드 스테이트 배터리는 상업적으로 실행 가능한 최초의 솔리드 스테이트 배터리일 수도 있다고 한다. 주식 시장이 소식을 듣고 QuantumScape 주가가 크게 올랐다.
이 솔리드 스테이트 배터리는 전기차의 항속 마일리지를 80% 올리고 15 분은 80% 의 전기를 충전할 수 있으며 2024 년에 생산될 예정이다. 돌파구의 관건은 액체 전해질 대신 유연한 세라믹 전해질을 사용하는 것이다. 영하 30 도의 매우 낮은 온도에서도 배터리 성능은 영향을 받지 않는 것으로 알려졌다.
그것은 흥미진진하게 들린다. 그러나 가장 큰 의문은 배터리의 많은 세부 사항이 발표되지 않았다는 것이다. CICC 의 연구에 따르면, 현재 전시된 것은 코어가 아닌 단일 라미네이트일 뿐, 코어의 전력을 확인할 수 없고 충전 시설의 배합 상황도 계산할 수 없다. 반대로, QuantumScape 는 단지 "PPT 위성" 을 넣는 것일까요?
QS 는 무엇을 숨기고 있습니까?
QuantumScape 는 이번 브리핑에서 많은 흥미로운 기술에 대해 이야기했다. 예를 들어, 이 솔리드 스테이트 배터리는 기존의 리튬 이온 배터리에 비해 800 회 충전한 후에도 80% 이상의 용량을 유지할 수 있어 기술이 크게 향상되었습니다.
또한, 이 배터리는 난연성, 볼륨 에너지 밀도가 1000Wh/L 을 초과하며, 최고급 상업용 리튬 배터리 밀도의 거의 두 배에 달합니다. 현재 테슬라의 모델입니까? 사용 된 배터리의 3 배.
정말 멋지게 들리네요. 회사 공동 창업자, 리튬 이온 배터리 발명가, 20 19 노벨 화학상 수상자 중 한 명인 스탠? Whittingham 은 "솔리드 스테이트 배터리 제조의 가장 어려운 부분은 높은 에너지 밀도, 빠른 충전, 긴 주기 수명 및 넓은 온도 범위의 요구 사항을 동시에 충족하는 것" 이라고 말합니다. 수치에 따르면 QuantumScape 의 솔리드 스테이트 배터리는 이러한 모든 요구 사항을 완벽하게 충족한다는 것은 이전에 보도된 적이 없습니다. 만약 그 회사가 이 기술을 양산에 투입할 수 있다면, 전체 업종을 바꿀 수 있을 것이다. "
그러나, QuantumScape 도 많은 숨겨진 것들을 가지고 있다.
예를 들어, CICC 의 연구에 따르면, 첫째, QuantumScape 는 구체적인 기술 경로와 상세한 배터리 매개변수를 제공하지 않았습니다. 둘째, 표시된 배터리 샘플은 실제 배터리 장치가 아닌 단일 라미네이트 일뿐입니다. 다른 말로 하자면, 현재는 단지 실험실 데이터일 뿐이다.
자료 방면에서 QuantumScape 특허의 배치와 홍보에 따르면 QuantumScape 솔리드 스테이트 배터리의 노선은 산화물계 가닛 복합 산화물 솔리드 배터리 (복합) 여야 합니까? 가닛? 고체? 배터리), 주류 전해질 시스템은 Li3La3Zr2O 12(LLZO), 즉 브롬산 리튬.
그리고 구글의 CICC 는? 특허에서 발견된 QuantumScape 관련 특허 체계도 리튬 브롬산염 산화물이다. 이는 현재 솔리드 스테이트 배터리 산화물 노선에서 양산될 가능성이 가장 높은 재료이자 2007 년 이후 새로 발견된 리튬 금속에 대한 가장 안정적인 산화물 전해질 체계의 한 가지다. 실제로 중국 도자기 세척이 발전하면서 두 개의 소형 생산 라인이 이미 대량 생산에 투입되었다.
따라서 대중의 솔리드 스테이트 배터리 산화물 체계 아래 유연한 세라믹 전해질 노선도 놀라운 일이 아니다. 그러나 란탄 지르 코 네이트 리튬 시스템에는 장점과 단점이 있습니다.
먼저, 현재 솔리드 스테이트 배터리의 모든 전해질 시스템 중 리튬 금속에 가장 잘 적응하는 전해질이 상대적으로 실리콘 양극을 뛰어넘어 리튬 금속 양극의 응용을 실현할 가능성이 높다는 것이 특징이다. 둘째, LLZO 의 전기화학 창은 폭이 넓어 5V 이상의 전압을 견딜 수 있다.
그러나 LLZO 시스템에는 많은 단점이 있습니다. 예를 들어 이 가닛 복합체계의 전도율은 10-4 로 액체 전해질보다 두 단계 낮다. 둘째, LLZO 와 양극의 인터페이스 성능은 좋지 않다. 한편으로는 가닛 구조로 리튬 금속과의 접촉면이 고르지 않고 양극과의 접촉이 상대적으로 열악하기 때문이다.
따라서 현재 국내에서 탐구하고 있는 솔루션에는 복합 음극, 인터페이스 처리 공정 최적화, 인터페이스 레이어 도입 및 전해질 복합체가 포함됩니다. 예를 들어 청대 도자기의 발전은 복합 양극의 길을 걷고 있다.
또한, 준비 과정은 복잡하고 제조 장비의 출처는 다릅니다. 즉, 기존의 리튬 배터리 생산 체계는 통용할 수 없으므로 반드시 재건해야 한다. 그리고 배터리 자체뿐만 아니라 보조시설 건설도 중요하다.
20 17, Fisco 는 한때 "충전 1 분에 800 킬로미터를 달릴 수 있다" 고 말했다. 그러나 코뮌 데이터그룹 여예흥의 계산에 따르면 이 효과를 얻으려면 충전파일의 알루미늄 도체 지름이 60CM 에 달하고 세숫대야보다 굵은 선이 있어야 한다. 가능할까요? 현재의 기술로 볼 때, "이것은 단순히 번개만이 얻을 수 있는 효과다!" "
이 모델 (현재 범용 전압 350V) 에 따르면 기자는 솔리드 스테이트 배터리가 15 분에 80% 로 채워지고 충전파일 알루미늄 컨덕터 지름이 15CM 이상이어야 한다고 계산했다. 전도율의 두 배인 구리 도체로도 지름이 7.5CM 이상이어야 하는데, 현재는 달성하기 어렵다 (계산 방법은 카마-Shan 에 대해 위챗 논의해 주세요.
최근 이상적인 이씨는 "2 세대 전동차 기술이 성숙된 기초 위에서만 이 순수한 전기를 만들 수 있다" 고 말하고 싶다. 2 세대 기술의 한 가지 로고는 800V 전압 플랫폼 아래의 400kW 급속 충전입니다. 하지만 현실적으로 5~ 10 년 동안 400kW 의 충전 전력을 얻기가 어려울 수 있습니다.
우리는 테슬라가 희망하는 350kW 슈퍼 충전 파일의 착륙이 아직 확정되지 않았다는 것을 알고 있다. 따라서 여러 가지 상황을 종합해 볼 때 솔리드 스테이트 배터리는 실제로 양산상용을 실현할 수 있으며, 업계에서 제시한 시점은 2030 년 이후다.
그래서 업계에도 의문이 있다. QuantumScape 는 솔리드 스테이트 배터리가 2024~2025 년에 양산될 계획이라고 밝혔다. 이런 가능성은 얼마나 됩니까? 전반적으로 브롬산 리튬을 전해질로 하는 배터리 단량체는 이론적 성능에 어느 정도 실용성이 있지만 양산까지는 아직 멀었다.
따라서 이 솔리드 스테이트 배터리는 QuantumScape 와 대중의 투자 압력에 대한 반응으로 PPT' 대위성' 을 넣어 투자자들에게 자신감을 불어넣은 것 같다. 투자 방면에서 이해할 수 있듯이, 10 년 후 어느 정도의 성적을 거두었다. 게다가 주식시장은 미래를 걸고 있다.
그러나 기자는 업계 관계자들에게 희토류 성분을 함유한 브롬산 리튬' 이 노선은 어려울 것 같다' 고 문의했다. 두 가지 요소 내용이 너무 적다. "황화 경로가 가능합니다. 이것은 도요타가 솔리드 스테이트 배터리 개발 초기에 고려한 것이다. 그래서 산화물 노선이 얼마나 멀리 갈 수 있는지, 우리는 아직 결론을 내릴 수 없다.
솔리드 스테이트 배터리 경로
솔리드 스테이트 배터리에 대해 이야기해보죠. 원리는 간단합니다. 기존 리튬 배터리에 사용되는 액체 전해질을 고체나 반고체 전해질로 대체하는 것입니다. 기술적으로 고체 전해질의 두께는 매우 얇을 수 있습니다. 즉, 수십 개의 미크론으로 부피와 무게를 줄일 수 있습니다. 에너지 밀도가 높고 보안이 높은 솔리드 스테이트 배터리는 배터리 기술의 궁극적인 목표입니다.
솔리드 스테이트 배터리의 시작은 1972 로 거슬러 올라갑니다. 그해 스크로사티? 처음으로 LiI 를 전해질로 하는 고체 리튬 이온 1 차 배터리를 보도했다. 1 1 년 후 1983, 일본 도시바는 실용적인 Li/TiS2 박막 전고체 리튬 배터리를 개발했다. 그 이후로 솔리드 스테이트 배터리 연구가 진행 중입니다.
현재 대부분의 고체 전해질의 전도율은 전해질보다 10 배 이상 작다는 점은 주목할 만하다. 그래서 빠른 충전 성능에 문제가 있어서 고전류를 두려워합니다. 또한 솔리드 스테이트 배터리는 현재 배터리 시스템의 품질과 에너지 밀도를 능가하기 위해 리튬 금속 음극의 응용만 하면 매우 어렵다.
따라서 솔리드 스테이트 배터리의 핵심 기술은 주로 이온전도율이 높은 고체 전해질 재료 기술과 저임피던스 고체-고체 인터페이스의 제조 기술을 돌파합니다. 솔리드 스테이트 배터리는 안전 성능, 에너지 밀도, 순환 수명 등의 장점을 가지고 있지만 자동차 산업에서 양산 응용을 실현하기에는 아직 이르다.
예를 들어 현재 솔리드 스테이트 배터리의 배터리 성능은 액체 배터리 (단일 에너지 밀도 400Wh/kg) 보다 약간 우수하며 주기 수명은 500 회 이하입니다. 이번에 QuantumScape 는 충전 횟수가 800 회에 달할 수 있다고 발표했다. 이 데이터는 매우 좋지만 실험 데이터 만 있어야합니다.
외국을 끝내고 중국에 대해 이야기하다. 진립천원사는 중국 최초로 고체 전지를 주목하는 사람이다. 그의 서술에 따르면 1987 년 중국 과학기술부는 고체 리튬 배터리를' 863' 계획의 첫 번째 주요 과제로 꼽았다. 그러나 당시의 기술 수준에 따르면, 이 임무는 분명히' 사명' 이었는가? 불가능합니다.
20 12 년까지 우리 과학기술부는 다시 한 번 고체 리튬 배터리를 12,5' 863' 계획에 포함시켰다. 20 18 년, 중국 과학기술부는 전력과 저장용 고체 리튬 배터리를 국가 중점 R&D 프로그램에 포함시켰다.
20 19- 12, 공신부는' 신에너지 자동차 산업 발전 계획 (202 1-2035)' 을 발표했다. "배터리 기술 혁신 실행" 에서 솔리드 스테이트 파워 배터리 기술 개발 및 산업화를 가속화하는 것은 "새로운 에너지 자동차 핵심 기술 연구 프로젝트" 로 선정되었습니다. 요 몇 년 동안의 여정에서도 고체 배터리 기술이 얼마나 어려운지 알 수 있다.
지연구 컨설팅 20 19 가 발표한' 20 19-2025 년 중국 전 솔리드 스테이트 배터리 시장 특별 조사 및 발전 추세 분석 보고서' 에 따르면 전 세계적으로 볼 때 현재 일본과 한국은 솔리드 스테이트 배터리 개발 분야의 특허 기술이 비교적 선진적인 것으로 나타났다.
1990 부터 20 18 까지 솔리드 스테이트 배터리 분야의 특허 공개 수는 1926 으로, 전체 솔리드 스테이트 배터리 분야의 특허 수는 약 87 1 으로 약 44 를 차지했다 지역별로 볼 때 일본은 9 16 개의 솔리드 스테이트 배터리 특허를 보유하고 있어 절반에 가까운 비율로 선두를 달리고 있습니다. 중국의 특허는 362? 조각. 전 솔리드 스테이트 배터리 방면에서 일본은 657 개의 특허를 보유하고 있으며 75% 를 차지하며 선두 우위가 더욱 두드러진다. 이 점에서 중국과 한국은 각각 특허를 가지고 있습니까? 128? 조각, 37? 조각. 미국은 전 고체 배터리 분야에서 29 개의 특허만 가지고 있다.
그래서 중국 기업들은 목소리가 크지만 진짜 특허는 많지 않다. 중국 기업들은 일반적으로 솔리드 스테이트 배터리 연구에 지속적으로 투자하기가 어렵고, 어떤 기업은 먼저 허풍을 떠는 것을 선호한다. 많은 폭발적인 결과는 투자자들에게 들려주는 것이고, 정말 착륙할 수 있는 것은 매우 적다. 이것이 바로 우리가 더 이성적으로 대할 필요가 있는 것이다.
일본의 황화물 노선
또 다른 주류 노선이 있습니다. 국산 도자기와 QuantumScape 는 산화물 노선을 걷고 일본은? 일본인과 한국인, 황화물 노선을 걷다.
지금 말하는 것은 고체 전지인데, 그 고체 전해질은 대략 무기 전해질, 고체 고분자 전해질, 복합 전해질의 세 가지 범주로 나눌 수 있다. 현재 업계 주류에는 황화물과 산화물의 두 가지가 있으며, 그 외에 고체 중합체와 박막도 있다.
산화물은 안전성이 높고 생산이 쉽다는 장점이 있지만 실온에서 이온 전도율의 증가는 여전히 세기의 문제이다. 고분자 노선은 소규모의 양산을 먼저 실현하고 기술이 성숙했지만' 장기간 도핑을 복용해야 하는 선수',' 데뷔가 절정' 과 비슷해 후속 잠재력이 없어 비주류에 속한다.
황화물 노선은 세 가지 노선 중 기술적으로 가장 어렵지만 잠재력이 크며 한일 기업들의 추앙을 받고 있다. 하지만 한일 회사만이 인내심을 가지고 열심히 공부할 수 있다.
도요타는 황화물 기술의 확고한 지지자이다. 다년간의 묵묵한 연구를 통해 도요타는 어느 정도 성과를 거두었다. 도요타는 2020 년 도쿄올림픽에서 황화물 고체 배터리를 탑재한 순수 전기 자동차를 출시하고 2022 년 양산을 계획하고 있다. 그러나 전염병의 영향으로 도요타는 첫 데뷔 계획을 연기했다.
그런데 도요타 자동차 동력총회사 상무 부사장 겸 배터리 산업 사장 규스? 케이타는 도요타가 2025 년까지 솔리드 스테이트 배터리를 양산할 계획이라고 밝혔다. 에너지 밀도는 리튬 배터리의 두 배 이상이며 충전 효율이 더 높다고 밝혔다. 0 에서 충전하는 데 15 분 밖에 걸리지 않습니다.
도요타의 고체 전해질 재료 방면의 기술 기초는 도쿄공업대 교수인 건노 20 1 1 이 발명한 황화물 고체 전해질에서 나온 것이다. 실온 이온 전도율 >: 10-2S/cm (전통적인 유기 전해질을 초월함).
10 여 년의 연구 끝에 도요타는 고체 전해질 재료와 고체 배터리 제조 기술에 대한 특허를 획득했을 뿐만 아니라 음극 재료와 황화물 고체 전해질 재료의 기술 노선과 재활용 절차도 개발했다. 이것이 폭스바겐 역시 솔리드 스테이트 배터리에 대한 투자를 서두르는 이유이기도 하다. 상대가 너무 강하다.
또 삼성과 BMW 도 황화물 고체 배터리 기술을 개발하고 있다. 지난 3 월 초 삼성고급연구소 (SAIT) 와 삼성일본 연구센터 (SRJ) 는' 자연-에너지' 잡지에서 고성능 전 고체 배터리를 개발했다고 주장했다. 이 배터리의 순환 수명은 65,438+0,000 회 이상이며, 한 번의 충전으로 전기자동차가 800km 를 주행할 수 있다.
지난해 삼성도 솔이드 투자에 참여했나요? 권력. 그리고 BMW 20 17 은 Soild 처럼 시작됩니까? 파워 * * * 솔리드 스테이트 배터리를 함께 개발합니다. 황화 노선이 조속히 성과를 낼 수 있을지는 이들 기업의 지구력과 실력을 시험하고 있다.
그러나 도요타 솔리드 스테이트 배터리의 느린 제조 공정의 경우, 우리는 양산까지 아직 갈 길이 멀다는 것을 알고 있다.
도요타의 솔리드 스테이트 배터리는 반드시 초건조 무수 환경에서 생산해야 한다. 그것은' 장갑 상자' 라는 투명 상자 안에서 만들어졌다. 노동자들은 상자 안에 단단히 박힌 고무장갑을 통해 손을 상자 안에 넣었다. 분명히, 이것은 아직 실험실 단계에 있으며, 양산과는 아직 멀었다.
규스? 케이타는 또한 도요타가 2025 년에도' 제한된 수량' 의 생산량을 달성할 것으로 기대하고 있다고 조심스럽게 말했다. 그러나 생산 규모가 작기 때문에 초기 비용은 매우 높을 것이다. 그래서 생산의 처음 몇 년 동안, 이 고체 배터리의 생산량은 매우 낮을 것이다. 그리고 도요타의 목표는 이 배터리가 장시간 사용 (30 년) 후에도 90% 의 성능을 유지할 수 있다는 점이다. 이로 인해 이 배터리의 개발이 더욱 복잡해졌다.
종합적으로 볼 때, 현재 각 카트업체들은 솔리드 스테이트 배터리의 개발과 산업 배치를 강화하고 있으며 삼성SDI, SKI, LG Chem, MIT 고체 SES, QuantumScape 등도 솔리드 스테이트 배터리 분야에서 끊임없이 새로운 돌파구를 마련하고 있으며, 때때로 새로운 성과를 거둘 수 있다.
환에너지 기술, 감봉 리튬 산업, 도청에너지, 만방 123, 위란 신에너지 등 국내 기업들도 솔리드 배터리 생산 라인을 건설하고 있으며, 일부는 이미 생산에 들어갔다. 2025 년 이후 차세대 전원 배터리의 카드 전쟁은 이미 조용히 시작되었다.
그러나 솔리드 스테이트 배터리의 실제 적용 전망은 아직 2025~2030 년인 것 같다. 지나치게 낙관적인 추정과 예측은 현실 앞에서 냉정해야 한다.
CICC 분석에서 볼 수 있듯이 현재의 리튬 배터리 시스템은 800~ 1000km 의 수명을 반복할 수 있어 수요를 충족시킬 수 있습니다. 또한 공급망과 규모 효과의 협력으로 2025 년까지 연료차와 순전차의 평가를 실현할 수 있다. 한편 솔리드 스테이트 배터리는 1000~ 1400km 의 수명이 제한되어 있어 실제 충전망의 편리함만큼 중요하지 않습니다. 한편 솔리드 스테이트 배터리의 높은 비용도 5~ 10 년 동안 가격 대비 성능이 떨어지는 것으로 나타났습니다.
솔리드 스테이트 배터리의 미래 전망은 매우 매력적이다. 중은국제에 따르면 2020 년, 2025 년, 2030 년 글로벌 솔리드 스테이트 리튬 배터리 수요는 각각 1.7 GWh, 44.2GWh, 494.9GWh 에 이를 것으로 예상되며, 2030 년 글로벌 솔리드 스테이트 배터리 시장 공간은1에 이를 것으로 예상된다. 그러나 기자는 10 년 동안 솔리드 스테이트 배터리가 우세하지 않을 것이라고 생각한다.
문/왕효희
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