Według nowej platformy analitycznej opartej na sztucznej inteligencji (AI), która przewiduje przełomy technologiczne na podstawie globalnych danych patentowych, grafen może zrewolucjonizować rynek akumulatorów do pojazdów elektrycznych (EV) do połowy lat 2030. XXI wieku.
Wraz z nabieraniem tempa przez globalną transformację w kierunku zelektryfikowanego systemu transportowego, poszukiwania idealnego akumulatora EV – oferującego idealną równowagę kosztów, gęstości energii, bezpieczeństwa i zrównoważonego rozwoju środowiska – stają się coraz bardziej widoczne. Istnieje około tuzina chemii akumulatorów rywalizujących o dominację na rynku; który z nich wyjdzie zwycięsko, to prawdziwe pytanie warte bilion dolarów. Przynajmniej w najbliższej przyszłości tradycyjne akumulatory litowe prawdopodobnie utrzymają swoją pozycję na rynku, a akumulatory sodowe oferują tanią i ekologiczną alternatywę dla niektórych zastosowań, zgodnie z nowymi badaniami Focus, platformy analizy AI, która przewiduje przełomy technologiczne na podstawie globalnych danych patentowych. Jednak to powstające akumulatory grafenowe i dwujonowe prawdopodobnie pewnego dnia naprawdę zrewolucjonizują rynek.
Badania sugerują, że baterie grafenowe w szczególności pojawią się na początku lub w połowie lat 2030. XXI wieku, aby konkurować ze swoimi litowymi odpowiednikami o koronę EV, ponieważ cena produkcji grafenu gwałtownie spada. Rozwój ten obiecuje nie tylko znacznie poprawić wydajność EV, ale także przynieść korzyści w zakresie efektywności energetycznej i celów redukcji emisji dwutlenku węgla. „Jeśli jest jedna technologia baterii, na którą warto zwrócić uwagę, to jest to grafen” — mówi Jard van Ingen, dyrektor generalny i współzałożyciel Focus.
Młodzi pretendenci
Focus analizuje obecny stan chemii akumulatorów EV i prognozuje, które z nich będą dominować w nadchodzących latach. Korzystając z podejścia zainspirowanego badaniami z Massachusetts Institute of Technology, platforma Focus przetwarza duże ilości globalnych danych patentowych w czasie rzeczywistym przy użyciu trzech typów sztucznej inteligencji: duże modele językowe prowadzą ciągłe badania w archiwach globalnych danych patentowych w celu przeprowadzenia rozpoznania technologicznego, punktacji i porównań; wyszukiwanie wektorowe zapewnia informacje w czasie rzeczywistym na temat globalnego krajobrazu innowacji i technologii; a regresja wielowymiarowa oferuje analizę predykcyjną poprzez identyfikację relacji między danymi a wynikami w świecie rzeczywistym. Focus oblicza „Poziomy gotowości technologicznej” dla dojrzałości technologii akumulatorowych i „Współczynnik poprawy technologii”, aby zmierzyć wzrost wydajności na dolara rocznie różnych chemii akumulatorowych.
„W istocie, w przypadku pojazdów elektrycznych chodzi o znalezienie złotego środka między gęstością energii, bezpieczeństwem, kosztami i zrównoważonym rozwojem” — mówi Kacper Gorski, szef operacyjny Focus. „Każda z tych chemikaliów wnosi coś wyjątkowego, a ich rozwój ukształtuje przyszłość mobilności elektrycznej. Kluczowe pytanie brzmi jednak, które z nich faktycznie rozwijają się szybko, a które są przereklamowane?”
Focus odkrył, że wszystkie technologie baterii litowych poprawiają się w podobnym tempie. Obecnie dominujące chemikalia, litowo-niklowo-manganowo-kobaltowe i litowo-żelazowo-fosforanowe, poprawiają się rok do roku (r/r) w tempie odpowiednio 30% i 36%. Baterie litowo-siarkowe poprawiają się w tempie 30% r/r, a anody krzemowe w tempie 32%, co oznacza, że ta para raczej nie zakłóci rynku – prawdziwie przełomowe technologie mają prędkości poprawy, które są znacznie i stale wyższe niż u ich konkurentów. Podobnie, chociaż wiele napisano o potencjale baterii litowych ze stałym elektrolitem, Focus odkrył, że technologia ta poprawia się tylko w tempie 31% r/r, co oznacza, że również raczej nie zakłóci rynku obecnych na rynku.
To samo dotyczy podobnie reklamowanych baterii sodowych, które mają 33% wskaźnik poprawy – co plasuje je w granicach błędu pomiarowego baterii litowo-żelazowo-fosforanowych. Van Ingen wyjaśnia, że baterie sodowe mają stosunkowo skromną gęstość energii, co ogranicza przebieg, jaki mogą zaoferować pojazdom elektrycznym bez dodawania zbyt dużej masy do pojazdu. Miałyby jednak sens w przypadku stacjonarnego przechowywania, gdzie masa nie jest czynnikiem ograniczającym. „Więc jeśli wszystko, czego potrzebujesz, to stosunkowo tanie baterie do wymagań sieci, to baterie sodowe mają duży sens” – mówi. „Mogłyby nawet sprawdzić się w pojazdach elektrycznych niższej klasy – naprawdę tanich, produkowanych masowo pojazdach zaprojektowanych do pokonywania krótkich dystansów. Jest to stosunkowo szybko rozwijająca się technologia, po prostu nie zrewolucjonizuje całkowicie rynku”.
To niektóre z bardziej początkujących chemii baterii budzą największe emocje. Baterie magnezowo-siarkowe poprawiają się w tempie 24.4% rok do roku, baterie magnezowo-jonowe w tempie 26%, baterie nanodrutowe w tempie 35%, a baterie potasowo-jonowe w tempie 36%. Jednak wszystkie te rozwiązania bledną w porównaniu z bateriami grafenowymi, które poprawiają się w tempie 48.8% rok do roku, lub bateriami dwujonowymi, które mogą pochwalić się 48.5% rokiem do roku. „Ponieważ szybkość poprawy baterii grafenowych i dwujonowych jest znacznie i stale wyższa niż w przypadku innych chemii baterii, można je uznać za przełomowe” — mówi van Ingen.
Jednak w bezpośrednim porównaniu obu chemii Focus uważa, że baterie grafenowe mają większy potencjał, ponieważ badania są bardziej rozwinięte, a pierwiastek jest bardziej powszechny. Technologia ta oferuje ogromny krok naprzód w zakresie wydajności pojazdów elektrycznych, obiecując wysokie gęstości energii, zwiększoną żywotność cyklu (liczba cykli ładowania i rozładowania, które bateria może wykonać przed utratą wydajności) i szybkie ładowanie. Jej główną wadą jest obecnie jej zaporowy koszt, napędzany przez oszałamiająco wysoką cenę produkcji grafenu.
„Grafen to naprawdę podstawowy materiał pochodzący z dowolnego źródła węgla” – mówi van Ingen. „Materiał bazowy jest naprawdę obfity, jest wszędzie, ale sposób, w jaki można go przekształcić w grafen, jest ograniczeniem. Obecne metody produkcji są zdecydowanie zbyt drogie”.
Baterie grafenowe – prawdziwy rewolucjonista
Aby baterie grafenowe mogły zrewolucjonizować rynek pojazdów elektrycznych, koszt produkcji grafenu musi znacznie spaść. Grafen jest obecnie produkowany za około 200,000 200 USD za tonę, czyli XNUMX USD za kilogram (kg). Trudno przewidzieć, jak tania musi być produkcja, zanim producenci zaczną go używać w swoich bateriach, ale Focus uważa, że stanie się to, gdy grafen stanie się porównywalny z litem.
Obecnie produkcja węglanu litu kosztuje około 16 USD/kg, a analitycy uważają, że może spaść o kolejne 30% do 11 USD/kg w 2024 r. Metoda prognozowania Focusa szacuje tempo poprawy produkcji grafenu na 36.5% r/r. Tak więc, zakładając obecną cenę 200 USD/kg i cenę docelową 11 USD/kg, Focus prognozuje, że produkcja grafenu stanie się na tyle tania, że materiał ten będzie mógł znaleźć zastosowanie w chemii baterii około 2031 r.
Według Focusa, obecnie około 300 organizacji pracuje nad technologią baterii grafenowych. Spośród dziesięciu najlepszych firm, które są w stanie zrewolucjonizować rynek baterii za pomocą grafenu, Focus uznaje Global Graphene Group za lidera. Jej spółka zależna, Honeycomb Battery Company, niedawno ogłosiła przełomową umowę połączeniową z Nubia Brand International, mającą na celu zwiększenie możliwości produkcyjnych i badawczych Honeycomb, ze szczególnym uwzględnieniem zaawansowanej technologii baterii dla pojazdów elektrycznych.
Podobnie StoreDot, jedyny start-up w pierwszej dziesiątce, poczynił imponujące postępy w 2023 r. Firma jest gotowa na masową produkcję ogniw akumulatorowych „100in5” w 2024 r. Ogniwa te są zaprojektowane tak, aby zapewnić zasięg co najmniej 100 mil po zaledwie pięciu minutach ładowania. StoreDot zawarł strategiczne umowy z takimi firmami jak Volvo Cars (Geely), VinFast i Flex|N|Gate. Na początku 2024 r. współpracował z Polestar firmy Volvo Cars przy pierwszej na świecie dziesięciominutowej demonstracji ładowania pojazdów elektrycznych. Jakość jego akumulatora została potwierdzona po przeprowadzeniu testów przez 15 wiodących światowych producentów, nie wykazując degradacji nawet po 1,000 kolejnych cyklach „ekstremalnie szybkiego ładowania”.
Z drugiej strony, Toray Industries zostało zidentyfikowane przez Focus jako najszybciej iterujący gracz (najkrótszy czas cyklu). Firma poczyniła znaczne postępy w badaniach nad bateriami grafenowymi, opracowując ultracienkie rozwiązanie dyspersji grafenu o doskonałej płynności oraz przewodności elektrycznej i cieplnej – szczególnie korzystne w zastosowaniach takich jak materiały na baterie i przewody. Toray jest w stanie tworzyć bardzo cienki, wysokiej jakości grafen z niedrogich materiałów grafitowych. Technologia ta, jak twierdzi Toray, oferuje o 50% lepszą żywotność baterii niż tradycyjne nanorurki węglowe stosowane jako środki przewodzące.
„Patrząc w przyszłość, największym wąskim gardłem dla baterii grafenowych jest znalezienie metody produkcji, która naprawdę może to zrobić na dużą skalę” – podsumowuje van Ingen. Nadal jest to dziedzina zdominowana głównie przez badania, ale według Focusa w ciągu najbliższej dekady katapultuje ją do świata rzeczywistego.
Źródło z Po prostu Auto
Zastrzeżenie: Informacje podane powyżej są dostarczane przez just-auto.com niezależnie od Cooig.com. Cooig.com nie składa żadnych oświadczeń ani gwarancji co do jakości i niezawodności sprzedawcy i produktów.
