Sinimulan ng China ang produksyon ng mga all-solid-state na baterya para sa EV, layuning doblehin ang abot ng biyahe

Bakit mahalaga ngayon ang production line na ito

Gumawa ang China ng mahalagang hakbang sa karera para baguhin ang mga de-kuryenteng sasakyan. Nakumpleto na ng Guangzhou Automobile Group (GAC) ang kauna-unahang production line sa bansa para sa malalaki at pangsasakyang all-solid-state battery cell. Gumagawa na ang pasilidad ng maliliit na batch ng mga cell na may kapasidad na 60 ampere-hour (Ah) para sa pagsusuri, at nalampasan nito ang antas na hindi pa naaabot ng karamihan sa mga laboratoryo at pilot project. Mahalaga ang kapasidad na ito dahil tumutugma ito sa pangangailangan ng mga de-kuryenteng sasakyang pangmasa, kaya naililipat ang teknolohiya mula sa laboratoryo tungo sa industriyal na produksyon. Hudyat ang pag-unlad na ito ng bagong yugto para sa mga bateryang nangangakong magbibigay ng mas mataas na energy density, mas mabilis na pag-charge, at higit na kaligtasan.

Nakatuon ang production line ng GAC sa mga cell na lampas 60 Ah at iniulat nitong umaabot sa 7.7 milliamp-hour kada square centimeter (mAh/cm2) ang areal capacity. Karaniwang nasa 5 mAh/cm2 ang kapasidad ng maraming production line na gumagamit ng likidong electrolyte. Nagbibigay-daan ang mas mataas na areal capacity sa mas makakapal na electrode na nakapag-iimbak ng mas maraming enerhiya sa parehong espasyo. Ayon sa GAC, halos doble ang energy density nito kumpara sa mga lithium-ion cell ngayon. Maaari itong magbigay-daan sa EV na may tinatayang 500 kilometrong abot na lumampas sa 1,000 kilometro sa isang buong karga. Plano ng kumpanya na ikabit ang mga bateryang ito sa mga test vehicle sa 2026 at magtungo sa maramihang produksyon sa pagitan ng 2027 at 2030, depende sa resulta ng pagpapatunay at mga gastos.

Nangunguna na ang China sa pandaigdigang suplay ng mga karaniwang baterya para sa EV, sa tulong ng mga kompanyang gaya ng CATL at BYD. Sa pamamagitan ng production line na ito, inilalagay ng GAC ang China sa posisyong maagang sumulong sa teknolohiyang pinagtuunan ng maraming automaker sa loob ng isang dekada. Naglunsad din ang bansa ng isang platapormang pangkooperasyon na nag-uugnay sa mga gumagawa ng baterya at kompanya ng sasakyan upang pabilisin ang komersyalisasyon ng mga all-solid-state na disenyo. Kung mapalalawak ng China ang teknolohiyang ito sa mapagkumpitensyang halaga at maaasahang pagganap, mas malayo ang mararating ng susunod na henerasyon ng mga EV sa bawat karga, mas mabilis silang makakapag-charge, at mas matibay ang kaligtasan ng mga ito.

Ano ang all-solid-state na baterya

Pinapalitan ng mga all-solid-state na baterya ng solidong materyal ang likidong electrolyte na nasa mga karaniwang lithium-ion cell. Ang electrolyte ang daluyan ng mga ion sa pagitan ng positibo at negatibong electrode habang nagcha-charge at nagdi-discharge. Mahusay ang mga likido sa prosesong ito, pero nasusunog ang mga ito at nililimitahan kung gaano kasiksik maipupuwesto ang enerhiya. Nagbibigay-daan ang mga solidong electrolyte sa mas siksik na pagsasalansan ng mga materyal at maaari ring magbigay ng mas mahusay na katatagang thermal. Dahil sa paglipat sa solidong electrolyte, mas maraming enerhiya ang maaaring mailagay sa bawat yunit ng volume at timbang, at maaari nitong bawasan ang panganib ng sunog kapag nasira ang cell.

Energy density at abot ng biyahe

Ang energy density, o dami ng enerhiyang naiimbak ng baterya kaugnay ng laki o timbang nito, ang katangiang may pinakamalaking direktang epekto sa abot ng biyahe. Iniulat ng GAC na halos doble ang energy density nito kumpara sa mga karaniwang cell. Kung umaabot ng humigit-kumulang 311 milya ang isang kasalukuyang EV gamit ang bateryang may takdang laki, maaaring umabot sa mga 621 milya ang bateryang kapareho ang sukat na yari sa mga solid-state cell na ito. Madalas gamitin sa China ang CLTC test cycle para sa mga numero ng abot ng biyahe; karaniwan itong nagbibigay ng mas mataas na resulta kaysa sa EPA cycle na ginagamit sa Estados Unidos. Ang pahayag na 1,000 kilometro batay sa CLTC ay maaaring katumbas ng humigit-kumulang 650 hanggang 750 kilometro (mga 400 hanggang 465 milya) sa aktuwal na paggamit o sa mga kondisyong maihahambing sa EPA, na malaking pag-unlad pa rin.

Kaligtasan at pagtitiis sa init

Mas maliit ang posibilidad na tumagas o magliyab ang mga solidong electrolyte kumpara sa mga likido, at kaya nilang tiisin ang mas mataas na temperatura. Binanggit ng GAC ang katatagan sa saklaw na 300 hanggang 400 digri Celsius, kumpara sa humigit-kumulang 200 digri para sa maraming karaniwang lithium-ion cell. Makabubuti ang mas mataas na pagtitiis sa init sa kakayahang lumaban sa pinsala at sa pamamahala ng init habang mabilis na nagcha-charge o mabigat ang karga. Layunin din ng teknolohiyang ito na pigilan ang pagbuo ng mga hugis-karayom na estruktura ng lithium na tinatawag na dendrite at maaaring makasira sa mga cell. Sa tamang materyal at proseso ng paggawa, mapapahusay ng mga solid-state na disenyo kapwa ang pagganap at mga pamantayan sa kaligtasan.

Sa loob ng bagong production line ng GAC

Nakatuon ang production line ng GAC sa malalaking 60 Ah cell, ang kategoryang pinakamahalaga para sa mga full-size na EV. Itinatampok ng kumpanya ang prosesong dry anode na pinagsasama ang ilang hakbang sa iisang tuluy-tuloy na operasyon. Sa tradisyonal na paggawa ng negatibong electrode, hinahalo ang mga aktibong materyal upang maging slurry, ipinapahid ang mga ito sa metal foil, at nirorolyo ang electrode sa tamang kapal, na may pagpapatuyo at pagbawi ng solvent sa pagitan ng mga hakbang. Ayon sa GAC, nababawasan ang oras at konsumo ng enerhiya sa pagsasama ng paghahanda ng slurry, pagpapahid, at pagrolyo sa iisang hakbang. Makababawas din sa emisyon at gastos kapag pinalawak ang produksyon ang hindi na paggamit ng pagpapatuyo ng solvent.

Mahalaga ang iniulat na 7.7 mAh/cm2 na areal capacity ng production line dahil ipinakikita nitong nagagawang pakapalin ang mga electrode nang hindi pumapalya. Habang kumakapal ang mga electrode, maaaring mahirapang makadaan ang mga ion sa materyal. Kailangang balansehin ng mga tagagawa ang kapal, kondaktibidad, lakas mekanikal, at pagkakapantay-pantay. Mahalagang palatandaan ang mataas na areal capacity na kayang suportahan ng proseso ng produksyon ang mataas na energy density habang natutugunan ang mga target sa haba ng buhay ng baterya.

Bakit mahalaga ang areal capacity

Ang areal capacity ay dami ng kargang kayang hawakan ng isang takdang lawak ng electrode. Nakaaapekto ito sa dami ng enerhiyang mailalagay sa isang cell nang hindi pinalalaki ang pisikal na sukat nito. Kapag mas mataas ang kapasidad, mas kaunting cell ang kailangan sa isang pack para maabot ang target na antas ng enerhiya. Maaari nitong pasimplehin ang disenyo ng pack, bawasan ang mga kable at connector, at pababain ang gastos sa bawat kilowatt-hour. Para sa mga automaker, maaari ring magbawas ng timbang at magpataas ng pagiging maaasahan ang mas kaunting piyesa, dahil mas kaunti ang posibleng pagmulan ng aberya.

Kailan makikita ng mga drayber ang mga bateryang ito sa mga sasakyan

Plano ng GAC na ikabit ang mga cell sa mga test vehicle sa 2026 upang beripikahin ang pagganap, tibay, at kaligtasan ng mga ito sa aktuwal na kondisyon ng pagmamaneho. Kung tutugma ang mga resulta sa inaasahan mula sa laboratoryo, inaasahan ng kompanya ang unti-unting pagpapalawak ng maramihang produksyon sa pagitan ng 2027 at 2030. Malamang na unang makita ang mga ito sa mas mamahaling modelo o limitadong produksyon, bago mapabilang sa mas malawak na hanay habang bumababa ang gastos at dumarami ang suplay. Ganito rin ang naging takbo ng pagpasok sa merkado ng iba pang pag-unlad sa teknolohiya ng baterya.

Pupukaw ng pansin ang mga pahayag na lampas 1,000 kilometro ang abot ng biyahe. Dapat isaalang-alang ng mga drayber ang pagkakaiba ng mga test cycle. Ang pangunahing balita ay ang malaking praktikal na pag-unlad. Kapag nadoble ang energy density, mapagpipilian ng mga automaker ang mas malayong abot sa parehong laki ng pack o halos kaparehong abot gamit ang mas maliit, magaan, at murang pack. Alinman dito ay makapagpapababa sa kabuuang gastos at makapagpapadali sa paggamit ng de-kuryenteng sasakyan.

Pagsisikap ng China na gawing industriyal ang solid-state na teknolohiya

Nagpahiwatig ang mga awtoridad sa China ng suporta sa mabilis na pagpapaunlad ng mga all-solid-state na baterya. Binuo ang isang pambansang plataporma para sa inobasyong pangkooperasyon upang pagtugmain ang mga tagapagtustos ng materyal, gumagawa ng baterya, at automaker sa mga teknikal na pamamaraan, pamantayan sa kaligtasan, at kagamitang pangproduksyon. Nakikita ng mga analyst sa China ang mabilis na paglaki ng merkado para sa kagamitang ginagamit sa paggawa ng mga solid-state cell. Tinatayang aabot sa humigit-kumulang 2.5 bilyong yuan ang benta ng kagamitan pagsapit ng 2027 at lalampas sa 27 bilyong yuan sa 2030 kung matutuloy ang komersyalisasyon ayon sa plano. Nakatulong na sa China ang suporta ng pamahalaan, pinag-ugnay na pananaliksik, at lokal na suplay noong mga naunang yugto ng pag-unlad ng baterya; ginagamit din ngayon ang mga sangkap na ito.

Sino pa ang kasali sa karera

Nasa GAC ang pagkilalang ito, pero sabay-sabay ding sumusulong ang ilang kompanyang Tsino. Nagsasagawa ang BYD ng mga pagsubok sa unang henerasyon ng solid-state pack sa aktuwal na kondisyon. Iniulat na nasa 400 watt-hour kada kilo ang kapasidad nito, at layunin ng kompanya na simulan ang pilot production pagsapit ng 2027 at palawakin ang paggamit nito bandang 2030. Nakumpleto na ng SAIC at ng katuwang nitong Qingtao ang mga pangunahing production line para sa isang planta ng all-solid-state na baterya sa Shanghai. May pilot line ang Gotion High Tech at nagsasagawa na rin ito ng mga pagsubok sa kalsada para sa mga solid-state cell na may mataas na density. Nagamit na ng NIO ang 150 kilowatt-hour na semi-solid-state pack sa pamamagitan ng isang katuwang. Isa itong pansamantalang hakbang na nagbibigay ng karanasan sa pagsasama ng mga cell na may mataas na enerhiya.

Sa labas ng China, gumagawa ang Toyota at Nissan ng mga prototype line para sa mga layered all-solid-state cell, na naglalayon ng produksyon sa huling bahagi ng dekada 2020. Namumuhunan ang Samsung SDI at LG Energy Solution sa pananaliksik at pagpapaunlad ng solid-state na teknolohiya at sa mga pilot facility. Pinapalawak naman ng kumpanyang US na Solid Power ang produksyon ng sulfide electrolyte para sa mga katuwang nito. Nakatakda ang paunang paggamit ng sasakyan sa karamihan ng mga programang ito sa pagitan ng 2027 at 2030. Darating ang malalaking volume kalaunan, habang bumubuti ang ani ng produksyon at bumababa ang mga gastos.

Mga hamong kailangan pang lutasin

Mahirap palawakin ang isang pilot line upang makagawa ng milyun-milyong cell bawat taon. Kailangang magkaroon ng mataas na ionic conductivity ang solidong electrolyte habang nananatili itong matatag laban sa mga electrode sa libu-libong cycle. Dapat manatiling mahigpit ang pagkakadikit ng mga interface sa pagitan ng solidong electrolyte at ng mga electrode, at hindi dapat mabuo roon ang mga resistibong patong habang ginagamit. Nangangailangan ang ilang solidong electrolyte, lalo na ang mga nakabatay sa sulfide, ng mahigpit na pagkontrol sa halumigmig habang ginagawa. Kailangang umabot sa antas ng industriya ang ani ng produksyon, o dami ng maayos na cell na nagagawa ng production line, upang mapababa ang gastos.

Masusubok din ang mga supply chain. Kakailanganin ang malalaking suplay ng solidong electrolyte powder at lithium metal o mga anode na mayaman sa silicon. Kailangang gumana nang mabilis at may mahigpit na toleransiya ang mga kagamitang pangproduksyon, mula sa paghahalo hanggang sa pagdiin at paglalayer. Kailangan ding bumuo ng mga proseso sa pagreresiklo ng mga bagong materyal. Malaki ang kailangang puhunan, kaya malamang na ituon muna ng mga automaker ang paggamit nito sa mga modelong makikinabang nang husto sa mas mahabang abot o mas magaan na timbang upang bigyang-katwiran ang mas mataas na gastos sa baterya.

Nagtakda ang pamunuan ng GAC ng malinaw na mga target sa inaasahang kakayahan ng mga cell sa mga sasakyan. Inilarawan ni Qi Hongzhong, pinuno ng pananaliksik at pagpapaunlad ng enerhiya para sa mga sasakyan sa advanced platform technology institute ng GAC, ang mga pagbabagong nilalayong maihatid ng kumpanya.

Sinabi ni Qi Hongzhong na halos doble ang energy density ng mga bagong solid-state cell kumpara sa mga kasalukuyang lithium-ion na baterya, at maaaring lumampas sa 1,000 kilometro ang abot ng mga sasakyang bahagyang lampas 500 kilometro lamang ang nararating sa ngayon kapag ginamitan ng mga cell na ito.

Ipinakikita ng pahayag ang potensyal ng teknolohiya. Ang susunod na hamon ay patunayan ang mga bilang na ito sa mga produksiyong sasakyan, sa iba-ibang klima, sa loob ng maraming taon ng paggamit, at sa halagang kaya ng mas malawak na pangkat ng mga mamimili.

Ano ang ibig sabihin ng 1,000-kilometrong EV para sa mga drayber at grid

Babaguhin ng isang praktikal na EV na kayang umabot ng 1,000 kilometro ang pagpaplano ng biyahe ng mga tao. Iilang beses na lamang magcha-charge ang maraming drayber bawat buwan. Mas madaling maisasama sa iisang biyahe ang mahahabang rutang rural na dati'y nangangailangan ng maingat na pagpaplano. Nagbibigay-daan din ang ganitong abot sa mga automaker na paliitin ang mga pack nang hindi nababawasan ang kaginhawahan. Mas mura at magaan ang mas maliit na pack at mas kaunti ang nagagamit nitong hilaw na materyal. Mas mabilis na maipapakalat sa mga EV na pangmasa ang mga pakinabang ng solid-state cell sa ganitong paraan.

Mananatiling mahalaga ang mga charging network. Kahit mataas ang energy density ng mga cell, kailangan pa rin ang mabilis na pag-charge upang maging maginhawa ang mga biyahe sa malayo. Patungo na sa mas mabilis na mga charging site ang imprastraktura ng China, at nagsisimula nang gamitin ang mga bagong sistemang nasa megawatt na antas para sa susunod na henerasyon ng mga sasakyan. Maaaring paikliin ng mga solid-state na disenyo na tumatanggap ng mas mataas na bilis ng pag-charge nang hindi nangangailangan ng masalimuot na pamamahala ng init ang mga paghinto at mabawasan ang pagkapuwersa sa mga pack. Dahil sa mas mahusay na kahusayan at katatagan ng mga cell, mas nagiging kapaki-pakinabang ang mga pagpapahusay na ito sa network.

Sa kabuuan

• Natapos na ng GAC ang kauna-unahang production line sa China para sa malalaki at pangsasakyang all-solid-state EV cell na lampas 60 Ah, at gumagawa na ito ng maliliit na batch.
• Iniulat ng production line na umaabot sa 7.7 mAh/cm2 ang areal capacity at layunin nitong halos doblehin ang energy density ng mga lithium-ion cell ngayon.
• Plano ang mga pagsusuri sa pagkakabit sa mga sasakyan sa 2026, at target ang unti-unting pagpapalawak ng maramihang produksyon sa pagitan ng 2027 at 2030.
• Ang pahayag na umaabot sa 1,000 kilometro ang biyahe batay sa CLTC ay katumbas ng humigit-kumulang 400 hanggang 465 milya sa mas konserbatibong pagtataya batay sa aktuwal na paggamit.
• Pinagsasama ng prosesong dry anode ang maraming hakbang sa pagmamanupaktura, kaya nababawasan ang oras at konsumo ng enerhiya at posibleng bumaba ang gastos.
• Bumuo ang China ng pambansang platapormang pangkooperasyon upang pabilisin ang komersyalisasyon, at inaasahang mabilis na lalaki hanggang 2030 ang benta ng kagamitan para sa mga solid-state production line.
• Isinusulong ng BYD, SAIC, Gotion, at NIO ang kani-kanilang programa sa China, habang pinangungunahan naman ng Toyota, Nissan, Samsung SDI, LG Energy Solution, at Solid Power ang mga pagsisikap sa ibang bansa.
• Kailangan sa pagpapalawak ng produksyon ang mga pag-unlad sa ani, matatag na interface, mga supply chain para sa solidong electrolyte at anode, at napatunayang tibay sa iba-ibang kondisyon.