21. aprilli 2014 hommikul hüppas muskus eralennukiga Pekingis Qiaofu Fangcaos langevarjuga ja läks Hiina teadus- ja tehnoloogiaministeeriumisse esimeseks peatuseks, et uurida Tesla Hiinasse sisenemise tulevikku.Teadus- ja tehnoloogiaministeerium on Teslat alati julgustanud, kuid seekord pani muskus ukse kinni ja sai järgmise vastuse: Hiina kaalub elektrisõidukite maksureformi.Enne reformi lõpuleviimist peavad mudelid s siiski maksma 25% tariifi nagu traditsioonilise kütusega sõidukid.

Nii kavatseb muskus "karjuda" läbi geek Parki uuendajate tippkohtumise.Zhongshani kontserdimaja peasaalis on lavale istunud Yang Yuanqing, Zhou Hongyi, Zhang Yiming jt.Ja muskus ootas lava taga, võttis mobiili välja ja säutsus.Kui muusika kõlas, sammus ta juubeldades ja aplausi saatel lavale.Kuid kui ta USA-sse tagasi tuli, säutsus ta ja kurtis: "Hiinas oleme nagu roomav beebi."

Sellest ajast peale on Tesla olnud mitu korda pankroti äärel, kuna turg on üldiselt karune ja düstookia probleem on viinud poole aasta pikkuse klientide kogumistsüklini.Selle tulemusel vajus muskus kokku ja isegi suitsetas marihuaanat elusalt, magades iga päev California tehases, et jälgida edenemist.Parim viis võimsusprobleemi lahendamiseks on Hiinasse supertehaste ehitamine.Selleks nuttis muskus oma kõnes Hongkongis: Hiina klientide jaoks õppis ta isegi wechati kasutama.

Aeg lendab.7. jaanuaril 2020 jõudis muskus taas Shanghaisse ja tarnis Tesla Shanghai Superi tehases Hiina autoomanikele esimese partii kodumaiseid Model 3 võtmeid.Tema esimesed sõnad olid: Aitäh Hiina valitsusele.Kohapeal tegi ta ka selja hõõrumise tantsu.Sellest ajast peale, kodumaise mudeli 3 järsu hinnalangusega, on paljud tööstuses ja väljaspool seda õudusega öelnud: Hiina uutele energiasõidukitele on tulemas lõpp.

Viimase aasta jooksul on Tesla aga kogenud ulatuslikke ümberminekuid, sealhulgas aku iseeneslikku süttimist, mootori kontrolli alt väljumist, katuseakna lendumist jne. Ja Tesla suhtumine on muutunud "mõistlikuks" või ülbeks.Viimasel ajal on uute autode elektrikatkestuse tõttu Tesla keskmeedia kriitika osaliseks saanud.Suhteliselt öeldes on Tesla aku kokkutõmbumise probleem väga levinud, autoomanikud ütlevad Internetis häält ka üksteise järel hukka.

Seda silmas pidades asusid riigiorganid ametlikult tegutsema.Hiljuti intervjueerisid turujärelevalve peaadministratsioon ja ülejäänud viis osakonda Teslat, mis hõlmasid peamiselt selliseid probleeme nagu ebatavaline kiirendus, aku põlemine, sõiduki kaugtäiendamine jne. Nagu me kõik teame, kasutatakse kodumaiseid liitiumraudfosfaatakusid põhiliselt kodumaises mudelis 3 .

Kui oluline on liitiumaku?Vaadates tagasi tööstuse arengule, kas Hiina mõistab tõesti põhitehnoloogiat?Kuidas edu saavutada?

1/ Aja oluline tööriist

20. sajandil lõi inimkond rohkem rikkust kui eelneva 2000 aasta jooksul kokku.Nende hulgas võib teadust ja tehnoloogiat pidada otsustavaks jõuks globaalse tsivilisatsiooni ja majandusarengu edendamisel.Viimase saja aasta jooksul on inimeste loodud teaduslikud ja tehnoloogilised leiutised olnud hiilgavad nagu tähed ja neist kahel on ajaloolisele protsessile kaugeleulatuv mõju.Esimene on transistorid, ilma milleta poleks arvuteid;teine ​​on liitiumioonakud, ilma milleta poleks maailm ette kujutatav.

Tänapäeval on liitiumakusid kasutatud igal aastal miljardites mobiiltelefonides, sülearvutites ja muudes elektroonikatoodetes, samuti miljonites uutes energiasõidukites ja isegi kõigis laadimist vajavates kaasaskantavates seadmetes.Lisaks on uue energiasõidukite revolutsiooni tulekuga ja rohkemate mobiilseadmete loomisega liitiumakutööstusel helge tulevik.Näiteks ainuüksi liitiumakuelementide aastane toodangu väärtus on jõudnud 200 miljardi jüaanini ja tulevik on ukse ees.

“Kirsiks tordil” saavad ka maailma eri riikide sõnastatud plaanid ja ajakavad kütuseveokite edaspidiseks kõrvaldamiseks.Varaseim on Norra aastal 2025 ning USA, Jaapan ja paljud Euroopa riigid 2035. aasta paiku. Hiinal puudub selge ajakava.Kui tulevikus uut tehnoloogiat ei tule, jätkab liitiumakude tööstus õitsengut aastakümneid.Võib öelda, et kes iganes omab liitiumaku põhitehnoloogiat, tähendab seda, et tal on sektoris domineeriv skepter.

Lääne-Euroopa riigid kehtestavad ajakava kütusega sõidukite järkjärguliseks kaotamiseks

Aastate jooksul on Euroopas ja USA-s, Hiinas, Jaapanis ja Lõuna-Koreas liitiumpatareide vallas tekkinud tihe konkurents ja isegi rüselus, millesse on kaasatud palju kuulsaid teadlasi, palju tippülikoole ja teadusasutusi, aga ka hiiglasi ja kapitalikonsortsiume. nafta-, keemia-, auto-, teadus- ja tehnoloogiatööstus.Kes oleks võinud arvata, et globaalse liitiumakutööstuse arengutee on sama, mis pooljuhtide oma: see sai alguse Euroopast ja USA-st, tugevamalt kui Jaapan ja Lõuna-Korea ning lõpuks sai domineerima Hiina.

1970. ja 1980. aastatel tekkis liitiumaku tehnoloogia Euroopas ja Ameerikas.Hiljem leiutasid ameeriklased järgemööda liitiumkoobaltoksiidi, liitiummangaanoksiidi ja liitiumraudfosfaatpatareid, mis asusid tööstuses juhtpositsioonile.1991. aastal oli Jaapan esimene, kes liitiumioonakud industrialiseeris, kuid siis turg jätkas kahanemist.Lõuna-Korea seevastu tugineb riigile, et seda edasi lükata.Samal ajal on Hiina valitsuse tugeval toel muutnud liitiumakude tööstuse samm-sammult maailmas esimeseks.

Liitiumpatareide tööstuse arengus on Euroopa, Ameerika ja Jaapan mänginud tehnoloogia edendamisel olulist rolli.2019. aastal pälvisid Nobeli keemiaauhinna Ameerika teadlased John Goodinaf, Stanley whitingham ja Jaapani teadlane Yoshino, tunnustades nende panust liitium-ioonakude uurimis- ja arendustegevusse.Kuna Ameerika Ühendriikide ja Jaapani teadlased on võitnud Nobeli preemia, kas Hiina võib tõesti võtta liitiumpatareide põhitehnoloogia juhtpositsiooni?

2/ Liitiumaku häll 

Globaalse liitiumakutehnoloogia arengul on pikk teekond.1970. aastate alguses rajas Exxon vastuseks naftakriisile New Jerseys uurimislabori, mis meelitas kohale suure hulga füüsika ja keemia tipptalente, sealhulgas Stanley whitinghami, Stanfordi ülikooli tahkiselektrokeemia järeldoktorantuuri.Selle eesmärgiks on uue energialahenduse rekonstrueerimine ehk uue põlvkonna laetavate akude väljatöötamine.

Samal ajal on Bell Labs loonud Stanfordi ülikooli keemikutest ja füüsikutest koosneva meeskonna.Mõlemad pooled on käivitanud äärmiselt ägeda konkurentsi järgmise põlvkonna akude uurimis- ja arendustegevuses.Isegi kui uuringud on seotud, ei ole raha probleem.Pärast peaaegu viis aastat kestnud väga konfidentsiaalset uurimistööd töötas whitingham ja tema meeskond esmakordselt välja maailma esimese laetava liitiumioonaku.

See liitiumaku kasutab loominguliselt katoodimaterjalina titaansulfiidi ja anoodimaterjalina liitiumi.Selle eeliseks on kerge kaal, suur mahutavus ja mäluefekti puudumine.Ühtlasi heidab see kõrvale eelmise aku puudused, mille kohta võib öelda, et tegemist on kvalitatiivse hüppega.1976. aastal taotles Exxon maailma esimest liitiumaku leiutise patenti, kuid ei saanud industrialiseerimisest kasu.See aga ei mõjuta whitinghami mainet "liitiumi isana" ega tema staatust maailmas.

Kuigi Whitinghami leiutis inspireeris tööstust, häiris aku laadimise põlemine ja sisemine purustamine meeskonda, sealhulgas gudinafi, suuresti.Seetõttu jätkas ta koos kahe järeldoktorandiga perioodilisuse tabeli süstemaatilise uurimisega.1980. aastal otsustasid nad lõpuks, et parim materjal on koobalt.Liitiumkoobaltoksiid, mida saab kasutada liitiumioonakude katoodina, on tollal kõigist teistest materjalidest palju parem ja hõivas turu kiiresti.

Sellest ajast alates on inimaku tehnoloogia astunud olulise sammu edasi.Mis juhtuks ilma liitiumkobaltiidita?Lühidalt, miks oli "suur mobiiltelefon" nii suur ja raske?Põhjus on selles, et pole liitiumkoobaltakut.Kuigi liitiumkoobaltoksiidi akul on palju eeliseid, ilmnevad selle puudused pärast laiaulatuslikku kasutamist, sealhulgas kõrge hind, halb ülelaadimiskindlus ja tsükli jõudlus ning tõsine jäätmereostus.

Nii jätkasid goodinav ja tema õpilane Mike Thackeray paremate materjalide otsimist.1982. aastal leiutas Thackeray teedrajava liitiummanganaadi aku.Kuid peagi hüppas ta Argonne'i riiklikku laborisse (ANL), et uurida liitiumakusid.Goodinaf ja tema meeskond jätkavad alternatiivsete materjalide otsimist, taandades nimekirja raua ja fosfori kombinatsioonile, vahetades taas süstemaatiliselt metalle perioodilisustabelis.

Lõpuks ei moodustanud raud ja fosfor seda konfiguratsiooni, mida meeskond soovis, kuid nad moodustasid teise struktuuri: licoo3 ja LiMn2O4 järel sündis ametlikult kolmas liitiumioonakude katoodmaterjal: LiFePO4.Seetõttu sündisid kolm kõige olulisemat liitiumioonaku positiivset elektroodi dinafi laboris iidsetest aegadest peale.Sellest on saanud ka liitiumakude häll maailmas, kus sündisid kaks ülalmainitud Nobeli preemia keemikut.

1996. aastal taotles Texase ülikool goodinafi labori nimel patenti.See on LiFePO4 aku esimene põhipatent.Sellest ajast alates on meeskonnaga liitunud prantsuse liitiumiteadlane Michelle Armand, kes taotles koos dinafiga LiFePO4 süsinikkattetehnoloogia patenti, saades LiFePO4 teiseks põhipatendiks.Need kaks patenti on põhipatendid, millest ei saa mingil juhul mööda minna.

3/ Tehnosiire

Tehnoloogiarakenduse arenedes tuleb liitiumkoobaltoksiidpatarei negatiivse elektroodi puhul lahendada kiireloomuline probleem, mistõttu pole seda kiiresti industrialiseeritud.Sel ajal kasutati liitiumakude anoodimaterjalina liitiummetalli.Kuigi see võib anda üsna suure energiatiheduse, esines palju probleeme, sealhulgas anoodimaterjali järkjärguline pulbristumine ja aktiivsuse kadumine ning liitiumdendriitide kasv võis läbistada diafragma, mille tulemuseks oli lühis või isegi põlemine ja plahvatus. aku.

Kui probleem oli väga raske, ilmusid jaapanlased.Sony on liitiumpatareisid arendanud pikka aega ja pööranud suurt tähelepanu ülemaailmsetele arengutele.Samas puudub teave selle kohta, millal ja kus liitiumkobaltiittehnoloogia saadi.1991. aastal lasi Sony välja inimajaloo esimese kaubandusliku liitiumioonaku ja pani uusimasse ccd-tr1 kaamerasse mitu silindrilist liitiumkoobaltoksiidi akut.Sellest ajast peale on maailma tarbeelektroonika nägu ümber kirjutatud.

Selle tähtsa otsuse tegi Yoshino.Ta tegi teerajajaks süsiniku (grafiidi) kasutamise liitiumi asemel liitiumpatarei anoodina ja kombineeris seda liitiumkoobaltoksiidkatoodiga.See parandab oluliselt liitiumaku mahtuvust ja tsükli eluiga ning vähendab kulusid, mis on liitiumaku industrialiseerimise viimane jõud.Sellest ajast alates on Hiina ja Korea ettevõtted liitunud liitiumakutööstuse lainega ning sel ajal loodi uus energiatehnoloogia (ATL).

Tehnoloogiavarguste tõttu on Texase ülikooli ja mõnede ettevõtete algatatud "õiguste liit" mõõkadega vehkinud kogu maailmas, mille tulemuseks on patendikähmlus, mis hõlmab paljusid riike ja ettevõtteid.Kuigi inimesed arvavad endiselt, et LiFePO4 on kõige sobivam aku, on Kanadas laboris vaikselt sündinud uus katoodmaterjalide süsteem, mis ühendab liitiumniobaadi, liitiumkoobalti ja liitiummangaani eelised.

2001. aasta aprillis leiutas Jeff Dann, Dalhousi ülikooli füüsikaprofessor ja 3M grupi Kanada juhtivteadlane laiaulatusliku kaubandusliku nikkel-koobalt-mangaani kolmekomponentse komposiitkatoodi materjali, mis aitas liitiumaku turule sisenemise viimasest etapist läbi murda. .Sama aasta 27. aprillil taotles 3M USA-lt patenti, mis on kolmekomponentsete materjalide põhipatent.See tähendab, et seni, kuni kolmekomponendilises süsteemis on, ei pääse keegi ringi.

Peaaegu samal ajal pakkus Argonne'i riiklik labor (ANL) esmakordselt välja rikka liitiumi kontseptsiooni ja leiutas selle põhjal kihilised liitiumirikkad ja kõrge mangaanisisaldusega kolmekomponendilised materjalid ning taotles edukalt patendi 2004. aastal. Ja selle eest vastutav isik see tehnoloogiaarendus on thackerel, kes leiutas liitiummanganaadi.Kuni 2012. aastani hakkas Tesla järkjärgulise tõusu hoogu välja murdma.Musk pakkus mitu korda kõrget palka, et värvata inimesi 3M-i liitiumpatareide uurimis- ja arendusosakonnast.

Seda võimalust kasutades lükkas 3M paati mööda voolu, võttis kasutusele strateegia "inimesed lähevad, aga patendiõigused jäävad", saatis akuosakonna täielikult laiali ning teenis patentide eksportimise ja tehnilise koostöö kaudu suuremat kasumit.Patendid anti mitmele Jaapani ja Korea liitiumaku ettevõtetele, nagu Elektron, Panasonic, Hitachi, Samsung, LG, L & F ja SK, samuti katoodmaterjalidele nagu Shanshan, Hunan Ruixiang ja Beida Xianxian Hiinas. kokku üle kümne ettevõtte.

Anli patendid on antud ainult kolmele ettevõttele: BASF, Saksa keemiahiiglane, Toyoda Industries, Jaapani katoodmaterjalide tehas ja LG, Lõuna-Korea ettevõte.Hiljem moodustati kolmekomponentsete materjalide põhipatendikonkursi ümber kaks tipptasemel tööstusülikoolide teadusliitu.See on praktiliselt kujundanud läänes, Jaapanis ja Lõuna-Koreas asuvate liitiumpatareide ettevõtete "kaasasündinud" tehnoloogilise tugevuse, samas kui Hiina pole palju juurde saanud.

4/ Hiina ettevõtete tõus

Kuna Hiina pole põhitehnoloogiat omandanud, kuidas see olukorra murdis?Hiina liitiumaku uurimine pole veel hilja, peaaegu sünkroniseeritud maailmaga.1970. aastate lõpus rajas Hiina Teaduste Akadeemia Füüsika Instituut Saksamaal asuva Hiina Tehnikaakadeemia akadeemiku Chen Liquani soovitusel Hiinas esimese tahkis-ioonide labori ja alustas liitiumioonide uurimist. ioonjuhid ja liitiumakud.1995. aastal sündis Hiina Teaduste Akadeemia füüsikainstituudis Hiina esimene liitiumaku.

Samal ajal on tänu olmeelektroonika levikule 1990. aastatel tõusnud Hiina liitiumakud samaaegselt ning "nelja hiiglase" ehk Lisheni, BYDi, bicki ja ATL-i esilekerkimisele.Kuigi Jaapan juhtis tööstuse arengut, müüs Sanyo Electric ellujäämise dilemma tõttu Panasonicule ja Sony müüs oma liitiumakude äri Murata tootmisele.Turul valitsevas karmis konkurentsis on Hiinas "suured neli" vaid BYD ja ATL.

2011. aastal blokeeris Hiina valitsuse subsiidiumide "valge nimekiri" välisrahastatud ettevõtted.Pärast Jaapani kapitali omandamist muutus ATL-i identiteet aegunud.Nii plaanis ATL-i asutaja Zeng Yuqun muuta akuäri iseseisvaks, lasta selles osaleda Hiina kapitalil ja lahjendada emafirma TDK aktsiaid, kuid heakskiitu ta ei saanud.Nii pani Zeng Yuqun aluse Ningde ajastule (catl) ja saavutas edu algse tehnoloogia akumuleerimisel ning temast sai must hobune.

Tehnoloogilise tee osas valib BYD ohutu ja kulutõhusa liitiumraudfosfaatpatarei, mis erineb Ningde ajastu suure energiatihedusega liitiumkolmikpatareist.See on seotud BYD ärimudeliga.Ettevõtte asutaja Wang Chuanfu pooldab "kepi lõpuni söömist".Peaaegu kõik muud auto osad peale klaasi ja rehvid toodetakse ja müüakse ise ning konkureeritakse siis hinnaeelisega välismaailmaga.Selle põhjal on BYD koduturul juba pikemat aega kindlalt teisel kohal.

Kuid BYDi eeliseks on ka selle nõrkus: see toodab akusid ja müüb autosid, mis tekitab teistes autotootjates loomulikult umbusaldust ja eelistab anda tellimusi pigem konkurentidele kui iseendale.Näiteks Tesla, kuigi BYDi LiFePO4 akutehnoloogiat on rohkem kogunenud, valib ikkagi sama Ningde ajastu tehnoloogia.Olukorra muutmiseks plaanib BYD eraldada toiteaku ja käivitada "teraaku".

Pärast reformi ja avanemist on liitiumaku üks väheseid valdkondi, mis suudab arenenud riikidele järele jõuda.Põhjused on järgmised: esiteks peab riik strateegilist kaitset väga tähtsaks;teiseks pole veel hilja alustada;kolmandaks on siseturg piisavalt suur;neljandaks, rühm pürgivaid tehnilisi eksperte ja ettevõtjaid teeb läbimurdmiseks koostööd.Aga kui me suumime, nagu ka Ningde ajastu nimi, siis Ningde ajastu kujundavad Hiina majandussaavutused ja elektrisõidukite ajastu.

Tänapäeval ei jää Hiina anoodmaterjalide ja elektrolüütide uurimisel arenenud riikidele alla, kuid siiski on puudujääke, nagu liitiumaku eraldaja, energiatihedus ja nii edasi.Ilmselgelt on lääne, Jaapani ja Lõuna-Korea tehnoloogia kuhjumisel siiski mõned eelised.Näiteks kuigi Ningde times on olnud ülemaailmsel akuturul juba mitu aastat esikohal, on kodumaiste ja välismaiste tööstuse uuringute aruannetes endiselt esikohal Panasonic ja LG, teisel kohal aga Ningde times ja BYD.

5/ Järeldus
 

Kahtlemata avab liitiumpatareide arendamine ja rakendamine maailmas seoses sellega seotud uuringute edasise arenguga tulevikus laiem väljavaade, mis soodustab inimühiskonna energiareformi ja innovatsiooni ning annab uut hoogu säästvale arengule. majanduse ja ühiskonna edendamine ning keskkonnakaitse tugevdamine.Tööstuse juhtiva autoettevõttena on Tesla nagu säga.Stimuleerides samal ajal uute energiasõidukite väljatöötamist, võtab see juhtpositsiooni ka liitiumakude turukeskkonna väljakutsete esitamisel.

Zeng Yuqun avalikustas kord oma Teslaga sõlmitud liidu loo: muskus on rääkinud kuludest terve päeva.See tähendab, et Tesla alandab akude hinda.Siiski tuleb märkida, et nii Tesla kui ka Ningde ajastu kiirustamise käigus Hiina turul ei tohiks nii sõiduk kui ka aku kvaliteediprobleemi hinna tõttu ignoreerida.Kui see nii on, väheneb esialgse kodumaise seeria heade kavatsustega poliitikate tähtsus oluliselt.

Lisaks on sünge reaalsus.Kuigi liitiumpatareide turul domineerib Hiina, pole liitiumraudfosfaadi ja kolmekomponentsete materjalide põhitehnoloogiad ja patendid hiinlaste käes.Võrreldes Jaapaniga on Hiinal inim- ja kapitaliinvesteeringutes liitiumpatareide uurimis- ja arendustegevuses suur lõhe.See toob esile alusteadusliku uurimistöö olulisuse, mis sõltub riigi, teadusasutuste ja ettevõtete pikaajalisest püsivusest ja investeeringutest.

Praegu liiguvad liitiumpatareid kolmanda põlvkonna poole pärast kahte eelmist põlvkonda liitiumkoobaltoksiidi, liitiumraudfosfaati ja liitiumi kolmekomponentseid akusid.Kuna kahe esimese põlvkonna põhitehnoloogiad ja patendid on välismaised ettevõtted ära jaganud, ei ole Hiinal piisavalt põhilisi eeliseid, kuid see võib olla võimeline varajase paigutuse abil olukorra järgmises põlvkonnas ümber pöörama.Arvestades akumaterjalide alusuuringute ja arendustegevuse, rakendusuuringute ja tootearenduse tööstuse arenguteed, peaksime olema valmis pikaajaliseks sõjaks.

Tuleb märkida, et liitiumpatareide arendamine ja rakendamine Hiinas seisavad endiselt silmitsi paljude väljakutsetega.Näiteks liitiumpatarei uue energiaga sõidukite tegelikul kasutamisel on endiselt probleeme, nagu madal energiatihedus, halb jõudlus madalal temperatuuril, pikk laadimisaeg, lühike kasutusiga ja nii edasi.

Alates 2019. aastast on Hiina tühistanud akude “valge nimekirja” ning välismaised ettevõtted, nagu LG ja Panasonic, on naasnud Hiina turule ülikiire paigutusega.Samal ajal muutub liitiumakude maksumuse suureneva survega konkurents siseturul tihedamaks.See sunnib asjaomaseid ettevõtteid võitma eelise täielikus konkurentsis kõrgema tootekulu ja kiirema turureaktsioonivõimega, et edendada Hiina liitiumakutööstuse uuendamist ja pidevat kasvu.