Så her går vi. Ta kaffe. Eller øl. Jeg dømmer ikke.
Kjapt før vi starter- bakgrunnen min siden folk alltid spør: Jeg har rotet rundt med batteriteknologi siden 2016, jobbet for to selskaper som gikk konkurs (morsomme tider), konsultert for tre som fortsatt er i live (knapt), og driver for tiden FoU for... vel, jeg burde nok ikke si det, men du har hørt om dem. Jeg har brent meg med litiumbranner to ganger. Ikke anbefalt det. 0/10-opplevelse.
Hva i helvete ER et solid-batteri?
Akkurat så. Telefonbatteriet ditt? Bærbar datamaskin? Elbil? Alt fikk væske inni. Ikke som vann-væske, mer som... tykk kjemisk væske. Organisk elektrolytt. Høres fancy ut, men i bunn og grunn er det brennbar goo som lar litiumioner svømme frem og tilbake mellom de positive og negative sidene.
Fungerer fint! Helt til det ikke gjør det. Så tar det fyr.
Jeg har fortsatt en Samsung Galaxy Note 7 i skrivebordsskuffen som jeg har som en påminnelse lmao. Slå den aldri på igjen etter tilbakekallingen. Det er som en liten brannfarlig papirvekt.
Solid-batteri=erstatter den væsken med et fast stoff.
Det er det. Det er hele greia.
Den faste delen kan være:
Keramiske ting (som fancy glass, men vanskeligere å lage)
Polymerkjeder (tenk veldig tett plast, men ikke egentlig plast)
Sulfidforbindelser (disse lukter forresten FANTASTISK, som råtne egg ganger tusen)
Og morsomt faktum, jeg lærte på den harde måten - noen av disse materialene reagerer med fuktighet i luften. Som voldsomt. Vi hadde en gradsstudent i 2019 som la en sulfidelektrolyttprøve på benken over natten. Kom inn neste morgen, hele greia hadde i grunnen korrodert. Luktet død. Vi kunne ikke bruke laboratoriet på en uke.
Hvorfor alle ikke vil holde kjeft om dem
Jeg har hørt om solid-batterier siden... 2015? 2014? Et sted rundt der. Hvert eneste år: "Bare 3 år til!"
Det har blitt et meme i batterimiljøet. Som fusjonskraft. Alltid 10 år unna.
Men ok, det ER faktiske grunner til å bry seg:
1. De vil (sannsynligvis) ikke eksplodere i ansiktet ditt
Ingen væske=ingen kokende væske=ingen trykkoppbygging=ingen bom.
Jeg mener de KAN fortsatt mislykkes. Jeg har sett det skje. Men i stedet for en ildkule blir du mer som... den slutter å virke og blir varm. Mye bedre! Jeg var vitne til en solid-prototype som mislyktes under testingen i fjor, og den hovnet bare opp litt og døde. Med flytende litium-ion må vi teste bak sprengningsskjold. Annen stemning.
2. Mer energi i samme plass (angivelig)
Er påstandene ville. 50% flere? 100% mer? Hvem vet. På papiret fungerer regnestykket. I virkeligheten? Vi får se.
Toyota sier stadig at de vil ha 900 mils batterier innen 2027 eller 2028 eller noe. Jeg vil tro det når jeg bokstavelig talt kjører bilen. Inntil da er det vaporware.
3. Lader raskere (kanskje)
Noen av de keramiske elektrolyttene kan visstnok håndtere mye mer strøm uten å forringes. Så som 10 minutters full lading.
Har jeg sett dette arbeidet i et laboratorium? Ja, en gang, på et knappcellebatteri på størrelse med miniatyrbildet mitt.
Har jeg sett det fungere på et bilbatteri-? Nei. Ingen har. Alt er simuleringsdata og små-tester.
4. Varer lenger (tror vi)
Uten at væske brytes ned bør du få flere ladesykluser. Vanlig litium-ion er bra for omtrent 500-1000 sykluser, avhengig av hvordan du behandler det. Solid-state burde gjøre det bedre.
Men her er tingen - vi faktisk ikke VET ennå fordi ingen har brukt dem på 10 år. Kan ikke teste langsiktig-pålitelighet i et laboratorium. Du må bare vente og se.
Vent, hva sammenligner vi dette med?
Oh crap yeah, jeg burde nok forklare hva som er der ute nå. Min dårlige.
Vanlig litium-ion (hva er i alt)
Telefonen din, bærbare datamaskinen, sannsynligvis bilen din hvis den er elektrisk
Energi: ~250-300 Wh/kg (det er watt-timer per kilogram, nerdeenheter)
Billig å lage nå fordi vi har gjort det for alltid
Vil absolutt ta fyr hvis du punkterer den eller overlader den
Jeg har en bøtte med sand i laboratoriet for sikkerhets skyld
LFP-batterier (litiumjernfosfat)
Tryggere, vil egentlig ikke ta fyr selv om du prøver
Mindre energitetthet tho - rundt 160–180 Wh/kg
Varer EVIGT som 3000+ belastninger
Billigere enn andre litiumtyper
Dette er hva som er i basismodellen Teslas nå tror jeg? Ikke siter meg på det
NMC/NCA (The Expensive Ones)
Nikkel Mangan kobolt eller nikkel kobolt aluminium
Høy ytelse, 250-280 Wh/kg
Bruker kobolt som... ja, det er problemer med barnearbeid i Kongo, helt annet rot
Dyrere
Bedre ytelse, men kommer ikke til å lyve
Solid-State (The Mythical Creature)
KRAV 400-500 Wh/kg
Mye dyrere akkurat nå
Produksjon er i utgangspunktet svart magi på dette tidspunktet
Tilsynelatende tryggere, men også vi har ikke nok data
Ok, men hva er egentlig bra med dem?
Se, jeg er skeptisk til det meste, men solid-stat har virkelige fordeler. Vil ikke late som noe annet.
Sikkerheten er legit bedre.
Jeg har personlig testet begge typer. Med vanlig litium-ion bruker vi ansiktsskjermer og har brannslukningsapparater overalt. Med solid-prototyper? Fortsatt forsiktig, men mindre "dette kan eksplodere" energi.
Forrige måned hadde vi en testcellekortslutning. Solid-en ble akkurat varm og sluttet å virke. Hvis det hadde vært vanlig litium-ion, hadde vi garantert hatt en brann.
Størrelse/vekt er ekte HVIS de leverer.
400 Wh/kg i produksjon ville være virkelig revolusjonerende. EV-batteriet kan veie halvparten så mye for samme rekkevidde. ELLER samme vekt, dobbel rekkevidde.
Men det er et stort IF. Laboratorieresultater oversettes ikke alltid til produksjon. Helvete, de oversetter vanligvis ikke.
Temperaturytelsen bør være bedre.
Faste elektrolytter fungerer ved bredere temperaturområder enn flytende. Bilbatteriet ditt i Chicago vinter ved -20 grader F? Burde fungere bedre. Arizona sommer ved 120 grader F? Også bedre.
Selv om en morsom historie - må noen keramiske elektrolytter faktisk holdes VARME for å fungere bra. Så du trenger en varmeovn til batteriet. Som bruker strøm. På en måte beseirer formålet lol.
Ingen dendritter.
Dette er innenfor baseball, men uansett. Når du lader litiumbatterier, kan små metallpigger kalt dendritter vokse fra en elektrode mot den andre. Til slutt stikker de gjennom separatoren og kortslutter batteriet. Det er slik de fleste litium-ionbatterier dør.
Faste elektrolytter skal blokkere dendritter. Harde materialer, kan ikke trenge gjennom. I teorien.
I praksis? Eh. Vi har sett dendritter vokse gjennom noen faste elektrolytter. Materialvitenskap er vanskelig.
Problemene alle ignorerer (men jeg vil ikke)
Ok, spenn deg fast, for det er her jeg kommer til å irritere noen mennesker.
De fungerer knapt nå.
Beklager! Det er sant! De fleste "banebrytende" solid state-batterier- du leste om i pressemeldinger? De fungerer i omtrent 10 sykluser. Kanskje 50 hvis du er heldig. Under perfekte laboratorieforhold. På nøyaktig 25 grader. Med lett bris fra nordøst.
Bilbatteriet ditt må fungere i 1000+ sykluser i Minnesota vinter og Texas sommer og overalt i mellom. Vi er ikke engang i nærheten av skalaen.
Jeg var på en konferanse i fjor (Battery Symposium i Orlando, mars 2024) og så en presentasjon fra en oppstart som krever 500 sykluser. Gikk til standen deres etterpå. Spurte om detaljer. De ble veldig stille veldig fort. Det viste seg at de 500 syklusene var på 0,1 C ladehastighet med 4 timer mellom ladingene. Helt ubrukelig for ekte applikasjoner.
Produksjon er et absolutt mareritt.
Vi har brukt 30+ år på å finne ut hvordan vi kan gjøre litium-ionbatterier billige og pålitelige. Fabrikkene, utstyret, kvalitetskontrollen - er alt oppringt.
Solid-tilstand? Starter fra scratch.
Ulikt utstyr. Ulike prosesser. Ulike feilmoduser. Alt er vanskeligere.
Jeg snakket med en fyr fra QuantumScape forrige måned (vi var begge på en flyplassbar, han hadde drukket 3 øl, ble pratet) og han sa at deres største problem ikke engang er teknologien lenger. Det er å finne ut hvordan man lager 10 000 batterier som alle er identiske. Konsistens i skala er SÅ VANSKELIG.
Grensesnittproblemet dreper alle.
Dette er teknisk, men viktig: der den faste elektrolytten berører den faste elektroden, får du motstand. Det er som å prøve å føre elektrisitet gjennom to grove flater presset sammen. Ikke god kontakt.
Med flytende elektrolytt fyller væsken alle de mikroskopiske hullene. Perfekt kontakt overalt. Med solid-på-solid? Ikke så mye.
Folk prøver alt: spesielle belegg, påføre trykk, varme det opp, nye materialer, offerlag, buffersoner. Ingenting fungerer perfekt ennå. Hver løsning skaper nye problemer.
De sprekker og det er virkelig ille.
Keramiske faste elektrolytter er sprø. Når batterier lades, sveller de litt. Utflod, de krymper. Gjør dette 1000 ganger og keramikken din kan sprekke.
En liten sprekk=tomt batteri. Fuktighet kommer inn, ytelsen faller, spillet er over.
Jeg har sett vakre-solid-state-celler som fungerte perfekt i 50 sykluser, for så å sprekke og så slutte å virke. Hjerteskjærende. Og dyrt.
Polymerelektrolytter sprekker ikke like lett, men de har langt lavere ionisk ledningsevne. Alltid avveininger-.
Prisen får meg til å gråte.
Gjeldende estimater anslår at-solid-state-batterier er 10-20 ganger prisen for vanlig litiumion. Per kWh.
Ja, kostnadene vil gå ned med skalaen. Det gjør de alltid. Men vi snakker ÅR med utvikling og MILLIARDER i kapitalinvesteringer før vi kommer til kostnadsparitet.
Teslas 4680-celler koster rundt 100 dollar/kWh. Solid-tilstand kan være $1000/kWh akkurat nå. Kanskje flere. Ingen publiserer reelle tall fordi de er pinlige.
Hvem lager egentlig disse tingene? (Og hvem snakker bare om det)
Ok, dette kommer til å bli rotete fordi det er som 50+ selskaper som hevder at de er "i ferd med å revolusjonere batterier", men la meg fokusere på hvem som faktisk gjør ting:
QuantumScape- Sannsynligvis den lengste for bilapplikasjoner. Bruker keramisk separator. Støttet av VW og Bill Gates. Aksjen deres gikk fra $130 til $10. Oj. Men de jobber fortsatt og har vist noen anstendige testresultater. Tidslinjen fortsetter å glippe, noe som er ... bekymringsfullt, men også realistisk? Jeg vet ikke hvordan jeg skal føle dem ærlig talt.
Solid kraft- BMW og Ford støttet. Sulfid elektrolytt. Sist jeg hørte at de fortsatt hadde produksjonsproblemer. Tidslinjen deres har også sklidd. Alles tidslinjer glipper. Det er batteriindustriens favorittsyssel.
Samsung SDI- De HAR faktisk-solid-state batterier i produksjon! Men bittesmå. For wearables. Medisinsk utstyr. Hørbare (ja det er et ord nå tydeligvis). Varer på størrelse med bil-? Fortsatt i utvikling. De sier 2027. Jeg sier 2029-2030 realistisk.
Toyota- Å gutt. Toyota har lovet solid-batterigjennombrudd siden før jeg begynte å jobbe i dette feltet. De innleverer flere patenter enn noen andre. De kommer med store kunngjøringer hvert år. Og likevel... ingen produkter.
Jeg VIL tro dem. De er Toyota. De kan produksjon. Men lur meg en gang, skam deg. Lure meg 47 ganger...
De sa 2025, så 2027, nå er det 2027-2028. Jeg setter penger på minimum 2030.
Nissan- Å være roligere om det, noe jeg faktisk respekterer. Si at de vil ha pilotproduksjon innen 2024-2025. Mer realistisk tidslinje enn noen andre. Jobber jeg med NASA på noen ting tror jeg? Ikke siter meg.
CATL- Kinesisk selskap, verdens største batteriprodusent. Når de beveger seg, legger alle merke til det. De jobber med solid-state, men er VELDIG konservative med spådommer. Noe som får meg til å stole mer på dem faktisk. De kjenner produksjonsskalaen. De vet hva som er vanskelig.
StoreDot- Israelsk oppstart, ekstremt hurtigladingsfokus. Kule demoer. Skalering er spørsmålet. Alltid spørsmålet.
Det er også Facttorial Energy, ProLogium, Ionic Materials, Sakuu, Blue Current, Ilika... bokstavelig talt dusinvis flere. De fleste vil mislykkes. Det er bare slik det fungerer. Batterioppstart har en suksessrate på 5 %.
Kan du faktisk kjøpe en akkurat nå?
Kort svar:Ingen.
Lengre svar:Fortsatt nei, med mindre du kjøper en prototype EV for $500k+ eller et lite spesialbatteri for medisinsk utstyr.
Enda lengre svar:Samsung har noen solide-batterier tilgjengelig, men de er dyre og små. Vi snakker som myntcellestørrelse. Ikke nyttig for de fleste applikasjoner.
De første virkelige forbrukerproduktene med solid-tilstand vil sannsynligvis være:
Premium smarttelefoner- Samsung eller Apple vil ha skryterett. "Første solid-batteritelefon!" Flott markedsføring. Sannsynligvis 2026-2027.
Elbiler med begrenset produksjon- Noen luksusmerker vil lage 500 enheter med solid-batterier. Kostet $200k. Bevis at teknologien fungerer. 2027-2028.
High-e-e-sykler/scootere- Mindre batteri gjør det mer økonomisk gjennomførbart. 2026?
Massemarked? Mann jeg kjenner ikke. 2030 tidligst. Kanskje 2032-2035 for sikkerhets skyld. Og selv da kan "massemarked" bety "valgfri oppgradering for $10k."
Jeg er nok pessimistisk. Men jeg har blitt skuffet for mange ganger.
Hva skal de egentlig brukes til?
Akkurat nå? For det meste PowerPoint-presentasjoner.
Men seriøst:
Elektriske biler- Dette er det alle bryr seg om. 500+ milevidde, 10-minutters lading, lettere, tryggere. Ville virkelig forandre elbilmarkedet. HVIS det skjer.
Telefoner og bærbare datamaskiner- Tenk deg at telefonen din varer i 2 hele dager med mye bruk. Eller halve tykkelsen. Eller aldri ha Samsung Note 7-situasjoner igjen. Det er drømmen.
Medisinske implantater- Det er her noen solid-batterier ALLEREDE brukes! Pacemakere trenger batterier som 100 % ikke vil svikte eller lekke inn i kroppen din. Solid-tilstand er perfekt for dette. Lite batteri, trenger ikke være billig, sikkerhet er alt.
Droner/Luftfart- Elektriske fly trenger høyest mulig energitetthet. Hvert gram betyr noe. Fast-tilstand kan gjøre elektrisk luftfart faktisk levedyktig utover små droner.
Nettlagring- Kanskje? Men ærlig talt for stasjonær lagring spiller ikke vekten noen rolle. LFP er allerede billig og trygt nok. Vanskelig å slå på kostnadene. Solid-state må være VELDIG billig for å konkurrere her.
Bør du vente på fast-tilstand før du kjøper en elbil?
Jeg får stadig spørsmål om dette. På fester (batteriingeniører går på fester greit), på konferanser, tilfeldige slektninger på Facebook.
Svar: Nei. Ikke vent.
Hvis du vil ha en elbil nå, kjøp en elbil nå. Nåværende elbiler er veldig bra! Modell 3, Ioniq 5, F-150 Lightning, alle solide valg. Utprøvd teknologi. Kjent pålitelighet.
På det tidspunktet finnes rimelige-elektroniske elbiler:
Du har allerede kjørt din nåværende elbil i 5+ år
Teknologien vil fortsatt være første-generasjon med ukjente problemer
Ladeinfrastrukturen vil bli enda bedre
Prisene på brukte elbiler kan ha krasjet hvem vet
Hvis du planlegger å kjøpe i slutten av 2027 eller 2028? SÅ kanskje vente å se hva som faktisk blir utgitt. Men ikke sett livet ditt på vent.
Teknologien blir alltid bedre. Det kommer alltid noe bedre «snart». Kan ikke vente for alltid.
Jeg ventet med å kjøpe en 4K-TV til 2019. Vet du hva som skjedde? De ble billigere og bedre. Men jeg hadde heller ikke 4K-TV på 6 år. Var det verdt det? Ærlig talt... nei. Skulle bare ha kjøpt en.
Energitetthetstallene er løgner (slags)
Ok, ikke løgn. Men misvisende.
Alle kaster rundt energitetthetstall. "400 Wh/kg!" "500 Wh/kg!" "900 Wh/kg!"
Her er hva de ikke forteller deg:
Nåværende litium-ion-CELLER: 250-300 Wh/kg
Nåværende litium-ionPAKKER: 150-200 Wh/kg
Ser du forskjellen? Pakken inkluderer kabinett, kjøling, kabling, batteristyringssystemer. Som 30-40 % av batteripakkens vekt er ikke engang batteri.
Solid-CELL-krav: 400-500 Wh/kg
Solid-PACK-virkelighet: Hvem vet? 250-350 Wh/kg kanskje?
Så når Toyota sier "to ganger energitettheten!" de sammenligner beste-cellenummer med gjeldende pakkenumre. Ikke epler til epler.
Reell forbedring på pakkenivå vil trolig være 50-75%. Som fortsatt er flott! Virkelig flott! Men ikke revolusjonen markedsføring innebærer.
Energitetthet er heller ikke alt. Strømtetthet har betydning (hvor raskt du utlades). Sykluslivet er viktig. Temperaturytelse. Kostnad per kWh betyr mest for masseadopsjon.
Et batteri som koster $2000/kWh med 500 Wh/kg er dårligere enn et batteri som koster $100/kWh med 250 Wh/kg. For de fleste bruksområder uansett.
Mine faktiske anbefalinger
Hvis du er en vanlig person:Glem at solid-tilstand eksisterer foreløpig. Kjøp det du trenger med dagens teknologi. Det fungerer fint.
Hvis du kjøper en elbil i 2025-2026:Kjøp nå med gjeldende litium-ion. Ikke vent. Den perfekte fremtidige elbilen kommer ikke snart nok.
Hvis du er en investor:Dette er høy risiko, høy belønning. Jeg ville satset på etablerte spillere (Samsung, Toyota, CATL) fremfor oppstart. Men det er bare meg. Jeg er risikovillig-for jeg har sett for mange batterioppstarter krasje og brenne. Bokstavelig talt i ett tilfelle.
Hvis du er ingeniør:Gå inn i dette feltet! Det er frustrerende som faen, men veldig spennende. Bare vær forberedt på sakte fremgang og mange blindveier.
Hvis du planlegger å kjøpe i 2027-2028:Begynn å ta hensyn til hvem som faktisk leverer kontra hvem som bare kommer med kunngjøringer. Pengene mine er på Samsung og kanskje Nissan.
Hva du IKKE skal gjøre:Ikke kjøp «solid-batterier tilgjengelig nå!» fra sketchy nettsteder. De lyver. Hvis det er ekte, vil det være i store nyhetskanaler og fra store produsenter.
Og en ting til: Hvis du trenger batterier NÅ og vil ha noe mellom vanlig litium-ion og solid-state-drømmen? Se nærmere pålitium polymer batterier. De er ikke solid-men mye tryggere enn standard li-ion, lekker ikke, og du kan få dem i dag. Brukt i tonnevis med RC-ting og noen telefoner. Ikke revolusjonerende, men faktisk tilgjengelig lol.
