Així que aquí anem. Agafa cafè. O cervesa. No estic jutjant.
Molt ràpid abans de començar- Els meus antecedents, ja que la gent sempre em pregunta: he estat jugant amb la tecnologia de les bateries des del 2016, he treballat per a dues empreses que van fer fallida (moments divertits), he consultat tres que encara són vives (amb prou feines) i actualment faig R+D per... bé, probablement no hauria de dir-ho, però ja n'heu sentit a parlar. M'he cremat amb focs de liti dues vegades. No recomaneu l'experiència. 0/10.
Què dimonis és fins i tot una bateria d'-estat sòlid?
Doncs bé. La bateria del teu telèfon? Portàtil? Cotxe elèctric? Tot va tenir líquid a dins. No com l'aigua-líquid, més com... un líquid químic gruixut. Electròlit orgànic. Sembla fantàstic, però bàsicament és una peça inflamable que permet que els ions de liti nedin d'anada i tornada entre els costats positius i negatius.
Funciona bé! Fins que no ho fa. Llavors s'encén.
Encara tinc un Samsung Galaxy Note 7 al calaix de l'escriptori que guardo com a recordatori lmao. No el vaig tornar a encendre després de la retirada. És com un petit pisapapers de risc d'incendi.
-Bateria d'estat sòlid= que substitueix aquest líquid per un sòlid.
Això és tot. Això és tot.
La part sòlida pot ser:
Coses de ceràmica (com el vidre elegant però més difícil de fer)
Cadenes de polímer (penseu en plàstic molt dens però no en plàstic)
Compostos de sulfur (aquests fan olor TERRIBLE per cert, com ous podrits per mil)
Ah, i és divertit que vaig aprendre de la manera difícil que - alguns d'aquests materials reaccionen amb la humitat de l'aire. Com violentament. Vam tenir un estudiant de grau el 2019 que va deixar una mostra d'electròlits de sulfur al banc durant la nit. Va arribar l'endemà al matí, bàsicament s'havia corroït tot. Feia olor de mort. No vam poder utilitzar aquest laboratori durant una setmana.
Per què tothom no calla sobre ells
Amic, he sentit parlar de bateries-sòlides des de... 2015? 2014? En algun lloc per allà. Cada any: "Només 3 anys més!"
S'ha convertit en un meme a la comunitat de bateries. Com el poder de fusió. Sempre a 10 anys.
Però bé, hi ha raons reals per cuidar-se:
1. (Probablement) no t'explotaran a la cara
Sense líquid=sense líquid bullent=sense acumulació de pressió=sense boom.
Vull dir que encara poden fallar. Ho he vist passar. Però en comptes d'una bola de foc et sembla més... que deixa de funcionar i s'escalfa. Molt millor! Vaig presenciar un error d'-prototip d'estat sòlid durant les proves l'any passat i, bàsicament, va augmentar una mica i va morir. Amb ions de liti líquid-hem de provar darrere dels escuts contra explosions. Ambient diferent.
2. Més energia al mateix espai (suposadament)
Les reclamacions són salvatges . 50% més? 100% més? Qui sap. Sobre el paper funcionen les matemàtiques. En realitat? ja veurem.
Toyota continua dient que tindran bateries de 900 milles el 2027 o el 2028 o alguna cosa així. M'ho creuré quan estigui literalment conduint el cotxe. Fins aleshores és vaporware.
3. Carrega més ràpid (potser)
Alguns dels electròlits de ceràmica suposadament poden manejar molt més corrent sense degradar-se. Així, com les càrregues completes de 10 minuts.
He vist aquest treball en un laboratori? Sí, una vegada, amb una pila de moneda de la mida de la meva miniatura.
L'he vist funcionar amb una bateria de la mida d'un cotxe-? No. Ningú ho té. Tot són dades de simulació i proves a petita-escala.
4. Dura més (pensem)
Sense que es descomposi el líquid, hauríeu d'obtenir més cicles de càrrega. L'ió de liti-normal és bo per a uns 500-1.000 cicles, depenent de com el tracteu. L'estat sòlid hauria de fer-ho millor.
Però això és - que encara no sabem perquè fa 10 anys que ningú els fa servir. No es pot provar-la fiabilitat a llarg termini en un laboratori. Només has d'esperar i veure'l.
Espera amb què ho comparem?
Oh merda, sí, probablement hauria d'explicar què hi ha ara. El meu dolent.
Ió-liti normal (què hi ha a tot)
El teu telèfon, portàtil, probablement el teu cotxe si és elèctric
Energia: ~250-300 Wh/kg (és a dir, watts-hora per quilogram, unitats nerd)
Barat de fer ara perquè ho hem estat fent des de sempre
S'encén absolutament si el punxes o el sobrecarregues
Guardo una galleda de sorra al meu laboratori per si de cas
Bateries LFP (fosfat de ferro de liti)
Més segur, realment no s'encén fins i tot si ho intentes
Menys densitat d'energia encara que - al voltant de 160-180 Wh/kg
Dura per SEMPRE com 3000+ càrrecs
Més barat que altres tipus de liti
Això és el que hi ha al model base de Tesla ara crec? No em cites en això
NMC/NCA (Els Cars)
Níquel Manganès Cobalt o Níquel Cobalt Alumini
Alt rendiment, 250-280 Wh/kg
Utilitza cobalt que... sí, hi ha problemes de treball infantil al Congo, un altre embolic
Més car
Millor rendiment encara que no mentirà
Estat-sòlid (La criatura mítica)
RECLAMACIONS 400-500 Wh/kg
Molt més car ara mateix
La fabricació és bàsicament màgia negra en aquest moment
Més segur suposadament, però també no tenim prou dades
D'acord, però què és realment bo d'ells?
Mira, sóc escèptic sobre la majoria de coses, però l'estat sòlid-te té avantatges reals. No pretendré el contrari.
La seguretat és legítima millor.
Personalment he provat els dos tipus. Amb ions de liti-normals portem protector facial i tenim extintors a tot arreu. Amb prototips d'estat sòlid-? Encara amb compte però menys "això podria explotar" energia.
El mes passat vam tenir un curtcircuit de cel·la de prova. L'estat sòlid-s'acaba d'escalfar i va deixar de funcionar. Si hagués estat ió-de liti normal, segur que hauríem tingut un incendi.
La mida/pes és real si entreguen.
400 Wh/kg de producció seria realment revolucionari. La bateria del vostre vehicle elèctric podria pesar la meitat amb el mateix rang. O el mateix pes, el doble del rang.
Però això és un gran SI. Els resultats de laboratori no sempre es tradueixen a la producció. Merda, normalment no tradueixen.
El rendiment de la temperatura hauria de ser millor.
Els electròlits sòlids funcionen a intervals de temperatura més amplis que els líquids. La bateria del vostre cotxe a l'hivern de Chicago a -20 graus F? Hauria de funcionar millor. Estiu d'Arizona a 120 graus F? També millor.
Tot i que una història divertida -, alguns electròlits de ceràmica s'han de mantenir CALIENTS perquè funcionin bé. Per tant, necessiteu un escalfador per a la vostra bateria. Que fa servir el poder. Una mena de derrota el propòsit lol.
Sense dendrites.
Això és dins del beisbol però el que sigui. Quan carregueu bateries de liti, petites puntes metàl·liques anomenades dendrites poden créixer d'un elèctrode cap a l'altre. Finalment, travessen el separador i curtcircuiten la bateria. Així moren la majoria de les bateries d'ions de liti-.
Se suposa que els electròlits sòlids bloquegen les dendrites. Materials durs, no es poden perforar. En teoria.
A la pràctica? Eh. Hem vist créixer dendrites a través d'alguns electròlits sòlids. La ciència dels materials és difícil.
Els problemes que tothom ignora (però jo no ho faré)
D'acord, posa't el cinturó perquè aquí és on faré cabreig a algunes persones.
Amb prou feines funcionen ara mateix.
Ho sento! És veritat! La majoria de les piles d'estat sòlid-avançades que heu llegit als comunicats de premsa? Funcionen uns 10 cicles. Potser 50 si tens sort. En perfectes condicions de laboratori. Exactament a 25 graus. Amb una suau brisa del nord-est.
La bateria del cotxe ha de funcionar durant 1000+ cicles a l'hivern de Minnesota i a l'estiu de Texas i a tot arreu. Encara no estem a prop a escala.
Vaig estar en una conferència l'any passat (Battery Symposium a Orlando, març de 2024) i vaig veure una presentació d'una startup que reclamava 500 cicles. Després van anar al seu estand. S'han demanat detalls. Es van callar molt ràpidament. Resulta que aquests 500 cicles tenien una taxa de càrrega de 0,1 C amb 4 hores entre càrregues. Completament inútil per a aplicacions reals.
La fabricació és un malson absolut.
Hem passat 30+ anys esbrinant com fer que les bateries d'ions de liti-san barates i fiables. Les fàbriques, l'equip, el control de qualitat - tot està marcat.
Estat sòlid? Començant de zero.
Equipament diferent. Processos diferents. Diferents modes de fallada. Tot és més difícil.
Vaig parlar amb un noi de QuantumScape el mes passat (tots dos estàvem a un bar de l'aeroport, s'havia begut com 3 cerveses, s'havia xerrat) i va dir que el seu problema més gran ja no és ni la tecnologia. Es tracta d'esbrinar com fer 10.000 bateries que siguin totes idèntiques. La coherència a escala és TAN DIFÍCIL.
El problema de la interfície està matant a tothom.
Això és tècnic però important: quan l'electròlit sòlid toca l'elèctrode sòlid, obteniu resistència. És com intentar fer passar l'electricitat a través de dues superfícies rugoses pressionades juntes. No és un gran contacte.
Amb l'electròlit líquid, el líquid omple tots els buits microscòpics. Contacte perfecte a tot arreu. Amb sòlid-activat-sòlid? No tant.
La gent està provant de tot: recobriments especials, aplicar pressió, escalfar-lo, nous materials, capes de sacrifici, zones d'amortiment. Res funciona perfectament encara. Cada solució crea nous problemes.
S'esquerden i això és molt dolent.
Els electròlits sòlids de ceràmica són fràgils. Quan les bateries es carreguen, s'inflen lleugerament. Descàrrega, s'encongeixen. Fes-ho 1000 vegades i la teva ceràmica es pot trencar.
Un petit crack=bateria esgotada. La humitat entra, el rendiment baixa, el joc acaba.
He vist cèl·lules-d'estat sòlid precioses que van funcionar perfectament durant 50 cicles, després es van trencar i després van deixar de funcionar. Desgarrador. I car.
Els electròlits de polímer no s'esquerden tan fàcilment, però tenen una conductivitat iònica molt més baixa. Compartiu-vos sempre-.
El cost em fa venir ganes de plorar.
Les estimacions actuals situen les bateries-sòlides a 10-20 vegades el cost de les bateries d'ió de liti normal. Per kWh.
Sí, els costos es reduiran amb l'escala. Sempre ho fan. Però estem parlant d'ANYS de desenvolupament i de mil milions en inversió de capital abans d'arribar a la paritat de costos.
Les 4680 cèl·lules de Tesla costen 100 dòlars/kWh. L'estat-sòlid pot ser de 1.000 $/kWh ara mateix. Potser més. Ningú publica números reals perquè són vergonyosos.
Qui està fent aquestes coses realment? (I qui només en parla)
Oh home, d'acord, això serà desordenat perquè hi ha com 50+ empreses que diuen que estan "a punt de revolucionar les bateries", però deixa'm centrar-me en qui està fent coses realment:
QuantumScape- Probablement el més avançat per a aplicacions d'automoció. Ús de separador ceràmic. Amb el suport de VW i Bill Gates. Les seves accions van passar de 130 a 10 dòlars. Ai. Però encara estan treballant i han mostrat uns resultats de proves decents. La línia del temps segueix lliscant, però és... preocupant però també realista? No sé com sentir-me sincerament per ells.
Potència sòlida- BMW i Ford van donar suport. Electròlit de sulfur. L'última vegada que vaig sentir que encara tenien problemes de fabricació. La seva línia de temps també s'ha relliscat. Les línies del temps de tots es deslitzen. És el passatemps preferit de la indústria de les bateries.
Samsung SDI- En realitat TENEN bateries d'estat sòlid-en producció! Però petits. Per wearables. Dispositius mèdics. Hearables (sí, aquesta és una paraula pel que sembla). Les coses de la mida del cotxe-? Encara en desenvolupament. Diuen 2027. Jo dic 2029-2030 amb realisme.
Toyota- Oh noi. Toyota ha estat prometent avenços de la bateria-sòlida des d'abans de començar a treballar en aquest camp. Presentan més patents que ningú. Fan grans anuncis cada any. I tanmateix... sense productes.
VULL creure'ls. Són Toyota. Coneixen la fabricació. Però enganyeu-me una vegada, vergonya. Enganya'm 47 vegades...
Van dir 2025, després 2027, ara és 2027-2028. Posaré diners com a mínim el 2030.
Nissan- Ser més tranquil amb això que realment respecto. Diguem que tindran producció pilot el 2024-2025. Cronologia més realista que algunes altres. Crec que esteu treballant amb la NASA en algunes coses? No em cites.
CATL- Empresa xinesa, el fabricant de bateries més gran del món. Quan es mouen, tothom se n'adona. Estan treballant en estat sòlid-però són MOLT conservadors amb les prediccions. La qual cosa em fa confiar més en ells. Coneixen l'escala de fabricació. Saben el que és difícil.
StoreDot- Inici israelià, enfocament de càrrega ràpida extrem. Demostracions genials. L'escala és la qüestió. Sempre la pregunta.
També hi ha Factorial Energy, ProLogium, Ionic Materials, Sakuu, Blue Current, Ilika... literalment desenes més. La majoria fallarà. Així és com funciona. Les iniciatives de la bateria tenen una taxa d'èxit del 5%.
Pots comprar-ne un ara mateix?
Resposta curta:No.
Resposta més llarga:Encara no, tret que compreu un prototip d'EV per més de 500.000 dòlars o una petita bateria especialitzada per a equips mèdics.
Resposta encara més llarga:Samsung té algunes bateries-sòlides disponibles, però són cares i petites. Estem parlant com una pila de moneda. No és útil per a la majoria d'aplicacions.
Els primers productes de consum reals amb estat sòlid-san probablement:
Smartphones premium- Samsung o Apple volen presumir. "Primer telèfon amb bateria d'estat sòlid-!" Gran màrqueting. Probablement 2026-2027.
Vehicles elèctrics de producció limitada- Algunes marques de luxe fabricaran 500 unitats amb piles d'estat sòlid-. Costa 200.000 dòlars. Demostra que la tecnologia funciona. 2027-2028.
Bicicletes/scooters de gamma-e-de gamma alta- La bateria més petita fa que sigui més viable econòmicament. 2026?
Mercat de masses? Home que no conec. 2030 com a molt aviat. Potser 2032-2035 per estar segurs. I fins i tot llavors "mercat massiu" podria significar "actualització opcional per 10.000 dòlars".
Segurament estic sent pessimista. Però m'he decebut massa vegades.
Per a què serviran realment?
Ara mateix? Principalment presentacions de PowerPoint.
Però seriosament:
Cotxes elèctrics- Això és el que interessa a tothom. 500+ milles d'autonomia, 10 minuts de càrrega, més lleuger, més segur. Canviaria realment el mercat dels vehicles elèctrics. SI passa.
Telèfons i Portàtils- Imagina que el teu telèfon dura 2 dies complets amb un ús intensiu. O ser la meitat del gruix. O no tornar a tenir mai més situacions de Samsung Note 7. Aquest és el somni.
Implants mèdics- Aquí és on JA s'utilitzen algunes bateries-sòlides! Els marcapassos necessiten bateries que el 100% no fallaran ni es filtraran dins del vostre cos. L'estat sòlid-és perfecte per a això. Bateria petita, no cal que sigui barata, la seguretat ho és tot.
Drones/Aviació- Els avions elèctrics necessiten la densitat d'energia més alta possible. Cada gram importa. L'estat sòlid-podria fer que l'aviació elèctrica sigui realment viable més enllà dels petits drons.
Emmagatzematge en xarxa- Potser? Però, sincerament, per a l'emmagatzematge estacionari, el pes no importa. LFP ja és prou barat i segur. Difícil de superar pel cost. L'estat-sòlid hauria de ser REALMENT barat per competir aquí.
Hauríeu d'esperar a l'estat-sòlid abans de comprar un vehicle elèctric?
Em pregunten això constantment. A les festes (els enginyers de bateries van bé), a les conferències, familiars a l'atzar a Facebook.
Resposta: No. No esperis.
Si vols un EV ara, compra un EV ara. Els vehicles elèctrics actuals són molt bons! Model 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, totes opcions sòlides. Tecnologia provada. Fiabilitat coneguda.
En el moment en què existeixen vehicles elèctrics-sòlids assequibles:
Ja hauràs conduït el teu vehicle elèctric actual durant 5+ anys
La tecnologia continuarà sent la primera-generació amb problemes desconeguts
La infraestructura de càrrega serà encara millor
Els preus dels vehicles elèctrics usats podrien haver caigut qui sap
Si teniu previst comprar a finals de 2027 o 2028? LLAVORS potser espereu a veure què es publica realment. Però no deixis la teva vida en suspens.
La tecnologia sempre millora. Sempre hi ha alguna cosa millor "aviat". No puc esperar per sempre.
Vaig esperar per comprar un televisor 4K fins al 2019. Saps què va passar? Van ser més barats i millors. Però també feia 6 anys que no tenia un televisor 4K. Ha valgut la pena? Sincerament... no. Hauria d'haver-ne comprat un.
Els números de densitat d'energia són mentides (una mena de)
D'acord no mentides. Però enganyós.
Tothom llança números de densitat d'energia. "400 Wh/kg!" "500 Wh/kg!" "900 Wh/kg!"
Això és el que no et diuen:
CÈL·LULES actuals d'ions de liti-: 250-300 Wh/kg
PAQUETS actuals d'ions de liti-: 150-200 Wh/kg
Veus la diferència? El paquet inclou carcassa, refrigeració, cablejat i sistemes de gestió de bateries. Com que el 30-40% del pes de la bateria ni tan sols és bateria.
Reclamacions de-CELL d'estat sòlid: 400-500 Wh/kg
Realitat-PACK d'estat sòlid: Qui sap? 250-350 Wh/kg potser?
Així que quan Toyota diu "el doble de densitat d'energia!" estan comparant el millor-número de cel·la amb els números de paquet actuals. No pomes a pomes.
La millora real a nivell de paquet probablement serà del 50-75%. Que encara és genial! Realment genial! Però no la revolució que implica el màrqueting.
A més, la densitat d'energia no ho és tot. La densitat de potència importa (la rapidesa amb la que descarregues). La vida del cicle és important. Rendiment de la temperatura. El cost per kWh és el més important per a l'adopció massiva.
Una bateria que costa 2000 $/kWh amb 500 Wh/kg és pitjor que una bateria que costa 100 $/kWh amb 250 Wh/kg. Per a la majoria de les aplicacions de totes maneres.
Les meves recomanacions reals
Si ets una persona normal:Oblideu que ara{0}}l'estat sòlid existeix. Compra el que necessitis amb la tecnologia actual. Funciona bé.
Si esteu comprant un vehicle elèctric el 2025-2026:Compra ara amb ions de liti-actuals. No esperis. El futur perfecte EV no arribarà prou aviat.
Si ets inversor:Això és d'alt risc, alta recompensa. Apostaria per jugadors establerts (Samsung, Toyota, CATL) per sobre de startups. Però això sóc jo. Sóc negatiu al risc-perquè he vist com s'estavellaven i cremen massa bateries engegades. Literalment en un cas.
Si ets enginyer:Entra en aquest camp! És frustrant com l'infern, però realment emocionant. Només estigueu preparats per a un progrés lent i molts carrerons sense sortida.
Si teniu previst comprar el curs 2027-2028:Comenceu a parar atenció a qui realment ofereix i a qui només fa anuncis. Els meus diners són de Samsung i potser de Nissan.
Què NO s'ha de fer:No compreu "bateries sòlides-disponibles ara!" de llocs web esquemàtics. Estan mentint. Si és real, serà als principals mitjans de comunicació i dels principals fabricants.
Ah, i una cosa més: si necessites piles ARA i vols alguna cosa entre els-ions de liti normals i els-sòlids somnis? Mira-hibateries de polímer de liti. No són-sòlids, però són molt més segurs que els ions de li-estàndard, no s'esgoten i els podeu obtenir avui mateix. S'utilitza en tones de coses RC i alguns telèfons. No és revolucionari, però realment disponible lol.
