Какво е Solid-State батерия и ще те решават нашите проблеми с живота на батерията?

Мобилната технология нараства експоненциално, но технологията на батериите не се поддържа. Ние достигаме физическите граници на това, което могат да направят конвенционалните литиево-йонни и литиево-полимерни конструкции. Решението може да бъде нещо, наречено твърдотелен батерия.

Какво е твърда батерия?

В конвенционален дизайн на батерията най-често се използват литиево-йонни-два твърди метални електрода с течна литиева сол, действаща като електролит. Йонните частици се движат от един електрод (катод) към другия (анода), докато батерията се зарежда, и обратно, докато се разтоварва. Течният електролит от литиева сол е средата, която позволява това движение. Ако някога сте виждали, че батерията корозира или се пробива, "киселината на батерията", която изтича (или понякога експлодира), е течният електролит.

В твърда батерия, както положителните, така и отрицателните електроди и електролитът между тях са твърди части от метал, сплав или друг синтетичен материал. Терминът "твърдо състояние" може да ви напомня за SSD дискове с данни и това не е съвпадение. Твърдият носител за съхранение използва флаш памет, която не се движи, за разлика от стандартен твърд диск, който съхранява данни на въртящ се магнитен диск, захранван от малък двигател..

Въпреки, че идеята за твърдотелни батерии съществува от десетилетия, напредъкът в тяхното развитие едва започва, което в момента се подхранва от инвестиции от компании за електроника, производители на автомобили и общи промишлени доставчици..

Какво е по-добро при твърди батерии?

Твърдите батерии обещават няколко различни предимства пред своите братовчеди, пълни с течност: по-добър живот на батерията, по-бързо зареждане и по-безопасно изживяване.

Твърдите батерии компресират анода, катода и електролита в три плоски слоя, вместо да суспендират електродите в течен електролит. Това означава, че можете да ги направите по-малки или поне по-плоски, докато държите толкова енергия, колкото по-голяма батерия на течна основа. Така че, ако смените литиево-йонната или литиево-полимерната батерия в телефона или лаптопа си с твърд батерия със същия размер, ще получи много по-дълъг заряд. Като алтернатива, можете да направите устройство, което държи същия заряд много по-малко или по-тънко.

Твърдите батерии също са по-безопасни, тъй като няма токсични, запалими течности, които да се разлят, и не произвеждат толкова топлина, колкото конвенционалните акумулаторни батерии. Когато се прилагат за батерии, които захранват електрониката или дори електрически автомобили, те могат да презаредят много по-бързо, а иони могат да се движат много по-бързо от катода до анода..

Според най-новите изследвания, твърда батерия може да превъзхожда конвенционалните акумулаторни батерии с 500% или повече от гледна точка на капацитет и да зареди до една десета от времето..

Какви са недостатъците?

Тъй като твърдотелните батерии са нова технология, те са изключително скъпи за производство. Толкова е скъпо, всъщност, че по време на писането не са инсталирани в нито една голяма потребителска електроника. През 2012 г. анализаторите, писали за отдел „Софтуерни анализи и модерни материали“ на Университета във Флорида, изчислиха, че обикновената твърдотелна батерия с размер на мобилен телефон ще струва около 15 000 долара за производство. Достатъчно голям, за да захрани електрическа кола, струваше 100 000 долара.

Осъществяване на твърдо състояние батерия достатъчно голям, за да захранва телефона си струва хиляди долари днес.

Част от това е, че икономиите от мащаба не са налице - стотици милиони акумулаторни батерии се правят всяка година точно сега, така че производствените разходи за материалите и оборудването са разпределени по огромни доставки. Има само няколко компании и университети, които проучват твърдотелни батерии, така че разходите за производството на всеки един от тях са астрономически.

Друг въпрос са материалите. Докато свойствата на различни метали, сплави и метални соли, използвани за конвенционалните акумулаторни батерии, са добре известни, понастоящем не знаем най-добрия химичен и атомен състав за твърд електролит между металните аноди и катоди. Настоящите изследвания намаляват това, но трябва да съберем по-надеждни данни, преди да можем да съберем или синтезираме материалите и да инвестираме в производствените процеси.

Кога ще използвам Solid State батерия?

Както при всички нововъзникващи технологии, опитвайки се да разбера кога ще получите ръцете си в най-добрия случай, това е догадки.

Окуражаващо е, че много огромни корпорации инвестират в научните изследвания, необходими за въвеждане на твърдотелни батерии в потребителския пазар, но се срамуват от голям пробив в близкото бъдеще, трудно е да се каже дали ще има голям скок напред. Поне една компания за автомобили заявява, че ще бъде готова да постави едно превозно средство до 2023 г., но не предполага колко може да струва тази кола. Пет години изглеждат прекалено оптимистични; Десет години изглежда по-вероятно. Може да са двадесет години или повече, преди материалите да бъдат уредени и производствените процеси да бъдат разработени.

Но както казахме в началото на статията, конвенционалните технологии за батерии започват да удрят в стената. И няма нищо като потенциални продажби, които да стимулират научните изследвания и развитието. Най-малкото е малко (много, много малко) възможно, че скоро ще можете да използвате притурка или да управлявате кола, задвижвана от твърд батерия скоро.

Графичен кредит: Сухарас Уонгпет / Шуттерсток, Даниел Кресън / Шуттерсток