चीन: ब्याट्री अग्रसर प्रविधिहरू? 

जब तपाइँ "ब्याट्रीहरूको लागि चिनियाँ पूर्ववर्तीहरू?" सुन्नुहुन्छ, पहिलो विचार भोल्युमहरू, मूल्यहरू, हुनसक्छ प्रतिलिपि गर्ने हो। तर, विगत पाँच–सात वर्षमा तस्विर झन् जटिल बन्दै गएको छ । धेरै मानिसहरू अझै पनि सोच्छन् कि यहाँ सबै कुरा सरल छ - तिनीहरूले पश्चिमी पेटेन्ट लिए, यसलाई मापन गरे, र यो भयो। वास्तवमा, यदि तपाईंले मूल्य श्रृंखलामा खन्नुभयो भने, विशेष गरी लिथियम-आयन र नयाँ ठोस-राज्य प्रणालीहरूको लागि सामग्रीको क्षेत्रमा, तपाईंले देख्न सक्नुहुन्छ कि चिनियाँ खेलाडीहरू अब "करिरहेका" छैनन्। तिनीहरू सक्रिय रूपमा R&D सञ्चालन गरिरहेका छन्, प्रायः दिशाहरूमा जुन प्रक्रियाको उच्च लागतको कारणले गर्दा पश्चिममा डेड एन्ड मानिन्छ। तर त्यसमा पछि थप।

चीनबाट बनेको? "चीनमा डिजाइन गरिएको": दृष्टिकोणको विकास

पहिले, लगभग दस वर्ष पहिले, वास्तवमा, धेरै रिभर्स इन्जिनियरिङमा निर्माण गरिएको थियो। हामीले लिथियम कोबाल्टेट (LCO), निकल म्यांगनीज कोबाल्टेट (NMC) को नमूनाहरू खरिद गर्यौं, तिनीहरूलाई छुट्यायौं, र तिनीहरूलाई दोहोर्याउने प्रयास गर्यौं। तर दलहरूको शुद्धता र स्थिरता निरन्तर दुःस्वप्न थियो। मलाई याद छ 2015-2016 मा, चाङ्शाको एक साइटमा टेक्नोलोजिस्टहरूसँगको कुराकानीले एउटा कुरामा उबलिएको थियो: "प्यारामिटरहरू विनिर्देशहरू अनुसार देखिन्छन्, तर आउटपुट ब्याट्रीले 5-7% क्षमतामा भिन्नता दिन्छ?"। समस्या सूत्रमा थिएन, तर पूर्ववर्तीहरूको संश्लेषणको सूक्ष्मतामा थियो - कण आकार, आकार विज्ञान, र पीपीएम स्तरमा अशुद्धता सामग्रीमाथि नियन्त्रण।

CATL र BYD जस्ता प्रमुख ब्याट्री निर्माताहरूले रासायनिक संरचनामा मात्र नभई सामग्रीको कार्यात्मक विशेषताहरूमा पनि कडा आवश्यकताहरू लागू गर्न थालेपछि परिवर्तन सुरु भयो। उनीहरूलाई निकल-कोबाल्ट-एल्युमिनियम (NCA) पाउडर मात्र होइन, तर निश्चित पोरोसिटी भएको सामग्री चाहिन्छ जसले समाप्त क्याथोडमा राम्रो आयनिक चालकता प्रदान गर्दछ। यसले पूर्ववर्ती आपूर्ति कम्पनीहरूलाई उनीहरूको प्रयोगशाला र पायलट लाइनहरूमा लगानी गर्न बाध्य पारेको छ। यहाँ हामी अब प्रतिलिपि गर्ने बारे कुरा गर्दैनौं, तर आफैलाई अनुकूलन गर्ने प्रक्रियाहरू - कार्बोथर्मिक कमी, हाइड्रोथर्मल संश्लेषण, पीएच र तापमानको सटीक नियन्त्रणको साथ सह-वर्षा विधिहरू।

एक रोचक मामला NMC 811 (उच्च निकल सामग्री संग) को लागि चेन को विकास हो। उच्च ऊर्जा घनत्वको खोजी स्पष्ट छ, तर निकलको साथमा, समस्याहरू पनि बढ्छन् - थर्मल स्थिरता घट्छ, स्तरित संरचनामा क्याशन विस्थापन। चिनियाँ इन्जिनियरहरूले मिश्र धातु (एल्युमिनियम, म्याग्नेसियम थप्दै) को बाटो मात्र पछ्याएनन्, तर पूर्ववर्ती कणहरूको ढाँचा कोटिंगको साथ प्रयोग गर्न थाले - कन्टेनरको लागि कोर निकलमा धनी हुन्छ, र बाहिरी तहहरू स्थिरताको लागि म्यांगनीज वा कोबाल्टले समृद्ध हुन्छन्। यो पूर्ववर्ती संश्लेषण को चरण मा सटीक नियन्त्रण आवश्यक छ। मैले सिचुआनबाट एक आपूर्तिकर्ताबाट नमूनाहरू देखेँ - बहु-चरण निक्षेपको लागि उनीहरूको दृष्टिकोण साँच्चै प्रभावशाली थियो, यद्यपि त्यस समयमा (केही वर्ष पहिले) पायलट लाइनमा उपज विनाशकारी रूपमा कम थियो, लगभग 65%।

जहाँ वास्तविक कठिनाइहरू छन्: रसायन विज्ञान होइन, तर ईन्जिनियरिङ्

धेरैले रासायनिक सूत्रहरूमा फोकस गर्छन्, तर मुख्य लडाई अहिले केमिकल इन्जिनियरिङ र स्केलिंगमा छ। तपाईले प्रयोगशालामा जैतूनको संरचनाको साथ LFP (लिथियम आइरन फस्फेट) को लागि उत्कृष्ट अग्रदूतको एक किलोग्राम प्राप्त गर्न सक्नुहुन्छ। तर जब तपाइँ प्रति महिना 10 टन मापन गर्ने प्रयास गर्नुहुन्छ, चमत्कारहरू सुरु हुन्छन्: कणहरूको समूह, मिश्रित तत्वहरूको असमान वितरण, बल्क घनत्वमा उतार-चढ़ाव। यसले परियोजनाको अर्थतन्त्रलाई मार्छ।

यहाँ, चिनियाँ कम्पनीहरूले आफ्नो बल देखाउन थाले - लचिलोपन र पुनरावृत्तिको गति। तिनीहरूसँग प्रायः विशाल, एक पटक-सबैका लागि कारखानाहरू छैनन्। त्यहाँ मोड्युलर पायलट लाइनहरू छन् जुन द्रुत रूपमा पुन: कन्फिगर गर्न सकिन्छ। बाट परिचित प्राविधिकचेङ्दु यिझी टेक्नोलोजी कं(यो Huaxi टेक्नोलोजी द्वारा सिर्जना गरिएको एक डिजाइन संस्थान हो) एक पटक भने कि एक युरोपेली ग्राहकको लागि तिनीहरूले उत्पादनको स्वीकार्य शुद्धतामा पुग्नु अघि सल्फाइड इलेक्ट्रोलाइट पूर्ववर्ती (ठोस-राज्य ब्याट्रीहरूको लागि) को संश्लेषणको लागि तीन फरक रिएक्टर कन्फिगरेसनहरू प्रयास गरे। तिनीहरूको वेबसाइटyzkjhx.ruविवरणहरूको साथ बरु कंजूस, तर परियोजना विवरणहरूबाट यो स्पष्ट छ कि तिनीहरू टर्नकी प्रक्रियाहरूको विकासमा गहिरो संलग्न छन्। - प्रयोगशाला देखि व्यावसायिक उत्पादन।

अर्को दुखाइ बिन्दु कच्चा माल हो। कोबाल्ट र लिथियमको आयातमा निर्भरता हटेको छैन। तसर्थ, विशाल प्रयासहरू दुई दिशामा लक्षित छन्: पहिलो, गहिरो प्रशोधन र माध्यमिक कच्चा मालबाट अधिकतम निचोड गर्नको लागि रिसाइकल; दोस्रो, यो निर्भरता कम गर्ने सामग्रीहरू विकास गर्न। हालैका वर्षहरूमा सोडियम-आयन ब्याट्रीहरू एक सफलता मान्न सकिन्छ। र यहाँ चीनले तत्वहरूको उत्पादनमा मात्र नभई तिनीहरूका लागि पूर्ववर्तीहरूको श्रृंखला सिर्जना गर्न पहललाई कब्जा गर्न खोजेको देखिन्छ - उदाहरणका लागि, स्तरित अक्साइड वा पोलीयानियन यौगिकहरू। CATL ले पहिले नै व्यावसायिक उत्पादनहरू घोषणा गरिसकेको छ। तर यदि हामी पूर्ववर्तीहरूको बारेमा कुरा गर्छौं भने, मुख्य चुनौती भनेको स्थिरता र संश्लेषणको कम लागत हो। त्यहाँ प्रयोगशाला सफलताहरू छन्, तर टनेज ब्याच कस्तो देखिन्छ? अझै पनि उत्तर भन्दा धेरै प्रश्नहरू छन्।

ठोस-राज्य ब्याट्रीहरू: एक नयाँ दौड र पूर्ववर्तीहरूसँग पुरानो समस्याहरू

यो जहाँ सबैभन्दा चाखलाग्दो, तर पनि धमिलो क्षेत्र अहिले छ। सबैले होली ग्रेलको रूपमा ठोस राज्य ब्याट्री (एसएसबी) को बारेमा कुरा गर्छन्। तर यदि हामी हाइपबाट टाढा जान्छौं भने, मुख्य प्राविधिक समस्या इन्टरफेस हो। ठोस इलेक्ट्रोलाइट (सल्फाइड, अक्साइड, पोलिमर) र इलेक्ट्रोड सामग्री पूर्ण सम्पर्कमा हुनुपर्छ। र यो फेरि पूर्ववर्तीहरूमा आउँछ।

सल्फाइड इलेक्ट्रोलाइट्सका लागि (जस्तै Li₂एस-पी₂S₅प्रणालीहरू) हामीलाई अत्यधिक शुद्ध पूर्ववर्तीहरू चाहिन्छ, र संश्लेषण पूर्ण रूपमा अक्रिय वातावरणमा हुनुपर्दछ - अक्सिजन र आर्द्रताले सबैलाई मार्छ। चिनियाँ कम्पनीहरू, जस्तै उही चेङ्दु यिझी टेक्नोलोजी इन्स्टिच्युट, औद्योगिक स्तरमा ठोस-चरण संश्लेषण र मेकानिकल मिश्र धातुको विधिहरूमा सक्रिय रूपमा काम गरिरहेका छन्। तर मुख्य स्न्याग इलेक्ट्रोलाइटको संश्लेषण होइन, तर समग्र क्याथोडहरूको लागि अग्रदूतहरूको सिर्जना हो। एक ionically सञ्चालन म्याट्रिक्स सिर्जना गर्न सल्फाइड इलेक्ट्रोलाइट कणहरूमा सक्रिय सामग्री (भन्नुहोस्, NMC) समान रूपमा जम्मा गर्न आवश्यक छ। मानक मिश्रण विधिहरूले काम गर्दैन - तिनीहरूले "मृत क्षेत्रहरू" सिर्जना गर्छन्। समाधान विशेष पूर्ववर्तीहरूको विकासमा देखिन्छ, जहाँ इच्छित संरचना सिटुमा, संश्लेषण चरणमा बनाइन्छ। मैले ठूलो उत्पादनको लागि अनुकूलित परमाणु तह निक्षेप (ALD) प्रविधिहरू प्रयोग गर्ने प्रयासहरू सुनेको छु, तर अहिलेसम्म यो महँगो र ढिलो छ।

अक्साइड इलेक्ट्रोलाइट्स जस्तै LLZO (लिथियम ल्यान्थेनम जिरकोनियम अक्साइड) मा प्रारम्भिक परियोजनाहरूको बारेमा थोरै मानिसहरूले कुरा गर्ने असफल प्रयास हो। सामग्री आशाजनक छ, तर यसको पूर्ववर्तीहरूलाई उच्च-तापमान सिंटरिङ (१२०० डिग्री सेल्सियस भन्दा माथि) चाहिन्छ। तिनीहरूले संश्लेषण स्थापना गर्ने प्रयास गरे, तर ठूलो ऊर्जा खपत र लिथियमको स्टोइचियोमेट्री नियन्त्रण गर्ने समस्याको सामना गर्नुपर्‍यो - यो केवल यस्तो तापमानमा वाष्पीकरण हुन्छ। फलस्वरूप, धेरै स्टार्टअपहरूले सल्फाइड वा हाइब्रिड प्रणालीहरूमा स्विच गर्दै यी क्षेत्रहरूलाई कम वा जम्मा गरे। यो पूर्ववर्ती स्तरमा दुर्गम इन्जिनियरिङ र आर्थिक अवरोधहरूको सामना गर्ने सुन्दर प्रयोगशाला रसायनको राम्रो उदाहरण हो।

भविष्यमा हेर्दै: चेन एकीकरण र पारिस्थितिकी

निर्णायक हुने प्रवृत्ति ठाडो एकीकरण हो। CATL वा Gotion हाई-टेक जस्ता ठूला खेलाडीहरूले अब अग्रगामीहरू मात्र किन्दैनन्, तर तिनीहरूका निर्माताहरूसँग संयुक्त उद्यमहरूमा लगानी गर्छन् वा आफ्नै सुविधाहरू निर्माण गर्छन्। के को लागि? सम्पूर्ण चेन नियन्त्रण गर्न - कच्चा माल देखि समाप्त इलेक्ट्रोड। यसले विशेष सेल आर्किटेक्चर (उदाहरणका लागि, ट्याब्लेट वा झोला कक्षहरूको लागि) को लागि मापदण्डहरू राम्रोसँग अनुकूलन गर्न सम्भव बनाउँछ।

दोस्रो ठूलो विषय पर्यावरण मित्रता हो। युरोपेली नियामकहरूले लामो समयदेखि कार्बन फुटप्रिन्ट र जिम्मेवार स्रोतको विषयमा दबाब दिइरहेका छन्। चिनियाँ आपूर्तिकर्ताहरूका लागि यो खतरा मात्र होइन, अवसर पनि हो। मैले धेरै व्यक्तिहरूले आफ्नो प्रक्रियाहरू प्रमाणित गर्न सुरु गरेको, अग्रगामीहरूको उत्पादनमा विलायक रिसाइक्लिंग प्रणालीहरू प्रस्तुत गर्दै, र "हरियो" मा काम गरिरहेको देख्छु। संश्लेषण विधिहरू - भन्नुहोस्, कम विषाक्त कम गर्ने एजेन्टहरू वा जलीय वातावरणमा प्रयोग गरेर। यो अब PR होइन, तर विश्वव्यापी बजारमा प्रवेश गर्नको लागि एक गम्भीर आवश्यकता हो। Chengdu Yizhi टेक्नोलोजी कं, लिमिटेड, यसको दर्ता पूँजी 120 मिलियन युआन र एक डिजाइन संस्थान को स्थिति संग, ग्राहकहरु लाई उत्पादन मात्र होइन, तर गणना गरिएको वातावरणीय र आर्थिक सन्तुलन संग एक प्रविधि प्रदान गर्न सक्ने मध्ये एक हो।

र एउटा अन्तिम कुरा। तपाईंले कुनै पनि "हत्यारा" चीजको आशा गर्नु हुँदैन। पूर्ववर्ती रसायन विज्ञान मा सफलता। विकास क्रमिक हुनेछ: 0.5% द्वारा शुद्धतामा सुधार, 3% द्वारा संश्लेषणको लागतमा कमी, हावामा सामग्रीको शेल्फ जीवनमा वृद्धि। यो मेहनती, अदृश्य काममा छ - हजारौं मापदण्डहरूमाथि नियन्त्रण, पायलट लाइनहरूमा पुनरावृत्ति, स्केलिंग समस्याहरू समाधान गर्ने - यो क्षेत्रमा चीनको नेतृत्व आज र भोलि छ। तिनीहरू पहिले नै नक्कल गर्नेहरूबाट प्रक्रिया इन्जिनियरिङमा गम्भीर प्रतिस्पर्धीहरूमा गएका छन्। अर्को चरण सायद सामग्रीको डिजाइनमा ट्रेन्डसेटरहरू बन्नु हो, तर यसका लागि आधारभूत खोजहरू चाहिन्छ। र तिनीहरू तालिका अनुसार हुँदैनन्।