China memulakan pengeluaran bateri EV keadaan pepejal sepenuhnya, menyasarkan jarak pemanduan dua kali ganda

Mengapa barisan pengeluaran ini penting sekarang

China telah mengambil langkah tegas dalam usaha mentransformasikan kenderaan elektrik. Guangzhou Automobile Group (GAC) telah menyiapkan barisan pengeluaran pertama negara itu untuk sel bateri keadaan pepejal sepenuhnya bersaiz besar yang memenuhi spesifikasi automotif. Kemudahan itu sudah menghasilkan sel 60 ampere jam (Ah) dalam kelompok kecil untuk tujuan pengujian, sekali gus melepasi tahap yang belum dicapai kebanyakan makmal dan projek perintis. Kapasiti itu penting kerana ia sejajar dengan keperluan kereta elektrik arus perdana, membawa teknologi ini keluar dari makmal ke persekitaran perindustrian. Perkembangan ini menandakan fasa baharu bagi bateri yang menjanjikan ketumpatan tenaga lebih tinggi, pengecasan lebih pantas dan keselamatan yang dipertingkat.

Barisan GAC menyasarkan sel melebihi 60 Ah dan melaporkan kapasiti luas sehingga 7.7 miliampere jam bagi setiap sentimeter persegi (mAh/cm2). Banyak barisan pengeluaran konvensional yang menggunakan elektrolit cecair beroperasi hampir 5 mAh/cm2. Kapasiti luas yang lebih tinggi menyokong elektrod lebih tebal yang menyimpan lebih banyak tenaga dalam ruang yang sama. GAC menyatakan ketumpatan tenaga bateri ini hampir dua kali ganda berbanding sel litium ion masa kini, perubahan yang berpotensi membolehkan EV dengan jarak pemanduan kira-kira 500 kilometer melebihi 1,000 kilometer dengan sekali cas penuh. Syarikat itu merancang memasang bateri ini pada kenderaan ujian pada 2026 dan menyasarkan pengeluaran besar-besaran antara 2027 hingga 2030, bergantung pada pengesahan prestasi dan kos.

China sudah mendahului bekalan bateri EV konvensional global menerusi firma seperti CATL dan BYD. Dengan barisan ini, GAC meletakkan China pada kedudukan untuk bergerak awal dalam teknologi yang telah diusahakan banyak pengeluar kereta selama sedekad. Negara itu juga telah melancarkan platform kerjasama yang menghimpunkan pengeluar bateri dan syarikat automotif bagi mempercepat pengkomersialan reka bentuk keadaan pepejal sepenuhnya. Jika China dapat meningkatkan skala teknologi ini dengan kos yang kompetitif dan prestasi yang boleh diharap, EV generasi seterusnya boleh bergerak lebih jauh bagi setiap cas, dicas lebih pantas dan menawarkan tahap keselamatan yang lebih tinggi.

Apakah bateri keadaan pepejal sepenuhnya

Bateri keadaan pepejal sepenuhnya menggantikan elektrolit cecair dalam sel litium ion konvensional dengan bahan pepejal. Elektrolit ialah medium yang mengangkut ion antara elektrod positif dan negatif semasa pengecasan dan nyahcas. Cecair berkesan tetapi mudah terbakar dan mengehadkan kepadatan pembungkusan tenaga. Elektrolit pepejal membolehkan bahan disusun dengan lebih padat dan boleh menawarkan kestabilan terma yang lebih baik. Peralihan kepada elektrolit pepejal membuka ruang untuk tenaga lebih tinggi bagi setiap unit isipadu dan berat, selain berpotensi mengurangkan risiko kebakaran jika sel rosak.

Ketumpatan tenaga dan jarak pemanduan

Ketumpatan tenaga, iaitu jumlah tenaga yang disimpan bateri berbanding saiz atau beratnya, ialah ciri yang paling langsung mempengaruhi jarak pemanduan. GAC melaporkan ketumpatan tenaga hampir dua kali ganda berbanding sel konvensional. Jika EV semasa bergerak kira-kira 311 batu dengan pek bateri bersaiz tertentu, pek dengan dimensi sama yang menggunakan sel keadaan pepejal ini boleh mencapai sekitar 621 batu. Angka jarak pemanduan di China sering menggunakan kitaran ujian CLTC, yang cenderung memberikan anggaran lebih tinggi berbanding kitaran EPA yang digunakan di Amerika Syarikat. Dakwaan jarak 1,000 kilometer berdasarkan CLTC boleh bersamaan kira-kira 650 hingga 750 kilometer (sekitar 400 hingga 465 batu) dalam penggunaan sebenar atau yang setanding dengan EPA, namun masih merupakan peningkatan besar.

Keselamatan dan ketahanan terhadap haba

Elektrolit pepejal kurang mudah bocor dan terbakar berbanding elektrolit cecair, selain mampu menahan suhu lebih tinggi. GAC menyatakan kestabilan dalam julat 300 hingga 400 darjah Celsius, berbanding sekitar 200 darjah bagi banyak sel litium ion konvensional. Ketahanan haba yang lebih tinggi boleh meningkatkan ketahanan terhadap keadaan ekstrem dan pengurusan terma semasa pengecasan pantas atau penggunaan beban berat. Teknologi ini juga bertujuan mengehadkan pembentukan struktur litium berbentuk jarum yang dipanggil dendrit, yang boleh merosakkan sel. Dengan bahan dan proses pembuatan yang tepat, reka bentuk keadaan pepejal boleh meningkatkan prestasi dan tahap keselamatan serentak.

Di dalam barisan baharu GAC

Barisan GAC memberi tumpuan kepada sel format besar 60 Ah, kelas yang paling relevan untuk EV bersaiz penuh. Syarikat itu mengetengahkan proses anod kering yang menggabungkan beberapa langkah dalam satu operasi berterusan. Pembuatan elektrod negatif tradisional mencampurkan bahan aktif menjadi buburan, menyapukannya pada kerajang logam dan menggulung elektrod kepada ketebalan yang sesuai, dengan proses pengeringan dan pemulihan pelarut antara langkah. Dengan menggabungkan penyediaan buburan, salutan dan penggulungan dalam satu langkah, GAC menyatakan ia mengurangkan masa dan penggunaan tenaga. Penghapusan pengeringan pelarut juga boleh mengurangkan pelepasan dan kos apabila pengeluaran ditingkatkan.

Kapasiti luas 7.7 mAh/cm2 yang dilaporkan bagi barisan ini penting kerana ia menunjukkan elektrod boleh dihasilkan dengan lebih tebal tanpa mengalami kegagalan. Apabila elektrod semakin tebal, ion mungkin lebih sukar bergerak melalui bahan. Pengeluar perlu mengimbangi ketebalan dengan kekonduksian, kekuatan mekanikal dan keseragaman. Pencapaian kapasiti luas yang tinggi ialah petunjuk penting bahawa proses pengeluaran mampu menyokong ketumpatan tenaga tinggi sambil memenuhi sasaran jangka hayat kitaran.

Mengapa kapasiti luas penting

Kapasiti luas ialah jumlah cas yang boleh ditampung oleh kawasan elektrod tertentu, dan ia mempengaruhi jumlah tenaga yang dapat dimuatkan dalam sel tanpa membesarkan saiz fizikalnya. Nilai lebih tinggi membolehkan bilangan sel yang lebih sedikit digunakan dalam pek untuk mencapai tahap tenaga sasaran. Ini dapat memudahkan reka bentuk pek, mengurangkan pendawaian dan penyambung serta menurunkan kos bagi setiap kilowatt jam. Bagi pengeluar kereta, pengurangan bilangan komponen juga boleh mengurangkan berat dan meningkatkan kebolehpercayaan kerana titik kemungkinan berlakunya kegagalan lebih sedikit.

Bilakah pemandu akan melihat bateri ini dalam kereta

GAC merancang memasang sel ini pada kenderaan ujian pada 2026 untuk mengesahkan prestasi, ketahanan dan keselamatannya dalam keadaan pemanduan sebenar. Jika hasilnya menepati jangkaan makmal, syarikat itu menjangkakan peningkatan pengeluaran secara berperingkat antara 2027 hingga 2030. Penggunaan awal berkemungkinan bermula pada model berharga lebih tinggi atau keluaran terhad, kemudian diperluas kepada rangkaian model yang lebih luas apabila kos menurun dan bekalan meningkat. Urutan ini mencerminkan cara kemajuan bateri lain memasuki pasaran.

Dakwaan jarak melebihi 1,000 kilometer pasti menarik perhatian. Pemandu perlu mengambil kira perbezaan kitaran ujian. Perubahan praktikal yang ketara ialah perkara utama. Ketumpatan tenaga dua kali ganda membolehkan pengeluar kereta memilih antara jarak lebih jauh dengan saiz pek yang sama, atau jarak serupa menggunakan pek yang lebih kecil, ringan dan murah. Kedua-dua pilihan dapat meningkatkan kos keseluruhan dan kemudahan pemanduan elektrik.

Usaha China mengindustrikan teknologi keadaan pepejal

Pihak berkuasa China telah menunjukkan sokongan terhadap pembangunan pesat bateri keadaan pepejal sepenuhnya. Sebuah platform inovasi kerjasama kebangsaan telah diwujudkan untuk menyelaraskan pembekal bahan, pengeluar bateri dan syarikat automotif mengenai laluan teknikal, piawaian keselamatan dan peralatan pembuatan. Penganalisis di China melihat pasaran peralatan untuk menghasilkan sel keadaan pepejal berkembang pesat, dengan jualan peralatan diunjurkan mencecah kira-kira 2.5 bilion yuan menjelang 2027 dan meningkat kepada lebih 27 bilion yuan menjelang 2030 jika pengkomersialan berjalan seperti dirancang. Sokongan dasar, penyelidikan terselaras dan asas bekalan domestik telah memberikan China kelebihan awal dalam kitaran bateri terdahulu, dan unsur yang sama sedang diterapkan di sini.

Siapa lagi dalam persaingan

Pencapaian ini milik GAC, namun beberapa syarikat China lain turut membuat kemajuan. BYD sedang menjalankan ujian penggunaan sebenar bagi pek keadaan pepejal generasi pertama yang dilaporkan mempunyai kira-kira 400 watt jam sekilogram, dengan sasaran memulakan pengeluaran perintis menjelang 2027 dan integrasi lebih meluas sekitar 2030. SAIC dan rakan kongsinya Qingtao telah menyiapkan barisan pengeluaran teras untuk kilang keadaan pepejal sepenuhnya di Shanghai. Gotion High Tech mempunyai barisan perintis dan sedang menjalankan ujian jalan raya bagi sel keadaan pepejal berketumpatan tinggi. NIO telah melancarkan pek separa pepejal 150 kilowatt jam menerusi rakan kongsi, langkah peralihan yang membantu membina pengalaman dalam integrasi sel berketumpatan tenaga tinggi.

Di luar China, Toyota dan Nissan sedang membina barisan prototaip untuk sel keadaan pepejal sepenuhnya berlapis dengan rancangan menyasarkan penghujung dekad 2020-an. Samsung SDI dan LG Energy Solution melabur dalam penyelidikan dan pembangunan keadaan pepejal serta kemudahan perintis. Solid Power yang berpangkalan di AS sedang meningkatkan pengeluaran elektrolit sulfida untuk rakan kongsi. Jadual bagi program-program ini tertumpu sekitar 2027 hingga 2030 untuk penggunaan awal dalam kenderaan, manakala jumlah pengeluaran yang besar dijangka menyusul kemudian apabila hasil pembuatan meningkat dan kos menurun.

Cabaran yang masih perlu diselesaikan

Beralih daripada barisan perintis kepada pengeluaran berjuta-juta sel setahun bukan mudah. Elektrolit pepejal perlu menawarkan kekonduksian ion yang tinggi sambil kekal stabil terhadap elektrod sepanjang ribuan kitaran. Antara muka elektrolit pepejal dan elektrod perlu kekal bersentuhan rapat dan tidak membentuk lapisan rintangan semasa operasi. Sesetengah elektrolit pepejal, khususnya yang berasaskan sulfida, memerlukan kawalan kelembapan yang ketat semasa pengeluaran. Hasil pembuatan, iaitu bilangan sel baik yang dihasilkan daripada sesebuah barisan, perlu mencapai tahap industri untuk mengurangkan kos.

Rantaian bekalan juga akan diuji. Jumlah besar serbuk elektrolit pepejal serta anod logam litium atau kaya silikon akan diperlukan. Peralatan pengeluaran, daripada proses pencampuran dan penekanan hingga pelaminasian, perlu mengekalkan toleransi ketat pada kelajuan tinggi. Kaedah kitar semula bagi bahan baharu juga perlu dibangunkan. Pelaburan ini besar, jadi pengeluar kereta berkemungkinan menumpukan penggunaan awal pada model yang manfaat jarak lebih jauh atau pengurangan beratnya dapat mengimbangi kos bateri yang lebih tinggi.

Kepimpinan GAC telah menetapkan sasaran jelas tentang prestasi yang perlu dicapai sel ini dalam kenderaan. Qi Hongzhong, ketua penyelidikan dan pembangunan kuasa tenaga baharu di institut teknologi platform termaju GAC, menjelaskan peningkatan yang ingin dicapai syarikat itu.

Qi Hongzhong berkata ketumpatan tenaga sel keadaan pepejal baharu itu hampir dua kali ganda berbanding bateri litium ion sedia ada, dan kenderaan yang kini bergerak lebih sedikit daripada 500 kilometer boleh mencapai jarak melebihi 1,000 kilometer dengan sel ini.

Petikan itu merangkumkan potensi yang dijanjikan. Tugas seterusnya ialah membuktikan angka tersebut pada kenderaan pengeluaran, dalam pelbagai iklim, sepanjang penggunaan bertahun-tahun dan pada kos yang mampu ditanggung oleh segmen pembeli yang luas.

Perubahan yang dibawa EV 1,000 kilometer kepada pemandu dan grid

EV yang mampu bergerak sejauh 1,000 kilometer secara praktikal akan mengubah cara orang merancang perjalanan. Ramai pemandu hanya perlu mengecas beberapa kali sebulan. Laluan luar bandar yang panjang dan sebelum ini memerlukan perancangan teliti akan lebih mudah ditempuh dalam satu perjalanan. Jarak ini juga membolehkan pengeluar kereta mengecilkan pek bateri tanpa mengurangkan kemudahan penggunaan. Pek yang lebih kecil lebih murah, lebih ringan dan menggunakan bahan mentah yang lebih sedikit. Langkah itu mempercepat manfaat sel keadaan pepejal sampai kepada model dengan harga arus perdana.

Rangkaian pengecasan tetap penting. Walaupun menggunakan sel berketumpatan tinggi, pengecasan pantas masih diperlukan untuk memudahkan perjalanan jauh. Infrastruktur China sudah bergerak ke arah stesen yang lebih pantas, dengan sistem kelas megawatt baharu mula beroperasi untuk kenderaan generasi seterusnya. Reka bentuk keadaan pepejal yang boleh menerima kadar cas lebih tinggi dengan pengurusan terma sederhana mampu memendekkan tempoh berhenti dan mengurangkan tekanan pada pek bateri. Kecekapan dan kestabilan sel yang lebih baik menjadikan peningkatan rangkaian itu lebih bernilai.

Kesimpulan

• GAC telah menyiapkan barisan pengeluaran pertama China untuk sel EV keadaan pepejal sepenuhnya bersaiz besar yang memenuhi spesifikasi automotif, melebihi 60 Ah, dan sedang menjalankan pengeluaran kelompok kecil.
• Barisan itu melaporkan kapasiti luas sehingga 7.7 mAh/cm2 dan menyasarkan ketumpatan tenaga hampir dua kali ganda berbanding sel litium ion masa kini.
• Ujian integrasi pada kenderaan dirancang pada 2026, manakala peningkatan pengeluaran besar-besaran secara berperingkat disasarkan antara 2027 hingga 2030.
• Dakwaan jarak 1,000 kilometer berdasarkan CLTC bersamaan kira-kira 400 hingga 465 batu dalam keadaan dunia sebenar yang lebih konservatif.
• Proses pembuatan anod kering menggabungkan beberapa langkah, sekali gus mengurangkan masa dan penggunaan tenaga serta berpotensi menurunkan kos.
• China telah membentuk platform kerjasama kebangsaan untuk mempercepat pengkomersialan, manakala jualan peralatan bagi barisan pengeluaran keadaan pepejal dijangka meningkat pesat hingga 2030.
• BYD, SAIC, Gotion dan NIO sedang memajukan program di China, sementara Toyota, Nissan, Samsung SDI, LG Energy Solution dan Solid Power menggerakkan usaha di luar negara.
• Peningkatan skala memerlukan kemajuan dalam hasil pembuatan, kestabilan antara muka, rantaian bekalan elektrolit pepejal dan anod serta ketahanan yang terbukti dalam pelbagai keadaan.