Ce sunt bateriile de stare solidă și de ce sunt importante?


Tehnologia bateriei a parcurs un drum lung de-a lungul anilor. Gadget-uri precum drone și smartphone-uri ar fi impracticabile fără o tehnologie modernă avansată a bateriei.

Cu toate acestea, bateriile ar putea fi întotdeauna mai bune!

Bateriile cu stare solidă par a fi următorul progres mare, iar produsele care le folosesc sunt la colț. Aceasta înseamnă că acum este momentul perfect pentru a vă familiariza cu ceea ce sunt și de ce sunt importante.

Ce înseamnă „stare solidă”?

Fie că este vorba de o baterie de plumb acid, de unică folosință alcalină sau de baterii litiu-polimer într-un telefon, toate folosesc un electrolit lichid. Electrolitul este o substanță conductivă care conectează cele două terminale interne ale bateriei. Electronii curg prin electrolit, permițând acumulatorului să acumuleze fie o încărcare electrică, fie să o descarce.

O baterie în stare solidă folosește un electrolit solid, în locul electrolitului lichid tradițional. Aceasta este singura diferență fundamentală între cele două tehnologii ale bateriei. Pare suficient de simplu, dar inginerii și oamenii de știință se luptă de zeci de ani să vină cu un material solid care să poată acționa ca un electrolit.

Ce este greu la bateriile cu stare solidă?

Diverse materiale, cum ar fi ceramica și metalele cu litiu, oferă potențial ca electroliți în stare solidă. Problema este că abordarea ceramică a dus la o performanță slabă a bateriei. Metalele cu litiu sunt promițătoare, dar prezintă un defect fatal. Pe măsură ce bateria este încărcată și descărcată, „dendritele” metalice cresc prin electrolit. Bateria se poate scurtcircuita și se poate transforma într-un pericol.

Găsirea unor soluții practice și viabile din punct de vedere economic la aceste probleme a fost misiunea mai multor companii și echipe de cercetare în ultimii ani. Acum, munca este pe cale să dea roade.

De ce să treci prin toate aceste probleme? Să ne uităm la beneficiile pe care le promit bateriile în stare solidă față de cele tradiționale.

Siguranță

Bateriile stochează cantități mari de energie și există întotdeauna pericolul ca această energie să poată fi eliberată într-un mod necontrolat. . Când se întâmplă acest lucru, poate însemna incendiu, explozii și alte rezultate nedorite. Bateriile în stare solidă, presupunând că problema dendritei este rezolvată, promit să fie mai sigure și mai stabile. În primul rând, acestea nu sunt inflamabile, astfel încât focul bateriilor ar trebui să fie un lucru din trecut.

Acest lucru nu este important doar pentru vehiculele electrice, cum ar fi mașinile și dronele, dar și pentru electronice personale precum smartphone-uri și laptopuri. Mulți oameni sunt răniți în fiecare an de focuri de baterii în gadgeturile lor electronice. Ca urmare, casele întregi au fost arse până la pământ!

Viteza de reîncărcare

Bateriile moderne cu litiu pot încărcați la viteze impresionante, dar totuși durează mult să se umple sus. Există o limită a cantității de energie pe care o puteți turna într-o baterie tradițională litiu-ion înainte ca totul să se deplaseze lateral. Bateriile în stare solidă promit să se încarce de șase ori mai repede decât bateriile pe care le folosim în prezent. Aceasta înseamnă că încărcați telefonul de la gol la complet în cinci minute sau încărcarea unei mașini electrice la 80% în 15.

Capacitatea și dimensiunea energiei

Bateriile litiu-ion au în prezent cea mai mare densitate de energie de orice tip de baterie vândută publicului. Cu toate acestea, este încă de multe ori mai puțin dens decât benzina. În timp ce bateriile în stare solidă nu aduc bateriile la egalitate cu gazul, promite mai mult decât dublul densității de energie pe volum.

Cu alte cuvinte, dacă ați schimbat bateria din telefon folosind un model solid, teoretic ar putea rula de două ori mai mult, fără a crește dimensiunea. Acesta este încă un alt mare punct de vânzare pentru vehiculele electrice, care nu sunt la fel de populare pe cât ar putea fi, datorită anxietății de rază. să se degradeze după aproximativ 500 de cicluri complete de încărcare-descărcare. După acel moment, bateria începe să-și piardă capacitatea până când abia poate suporta o taxă. În smartphone-urile, care au acum tendința de a avea baterii sigilate, acest lucru pune o limită dură pe durata de viață a dispozitivului. Bateriile în stare solidă promit să mărească mult această limită. De până la cinci ori.

Deci, în cazul în care o baterie tipică de telefon zilnic ar putea începe să se degradeze după doi până la trei ani, o baterie în stare solidă va rămâne la capacitatea nominală de până la cincisprezece ani. La mașinile electrice, unde înlocuirea bateriilor este extrem de costisitoare, acest lucru ar putea avea un efect dramatic asupra costului de proprietate pentru această clasă de vehicule.

Puncte slabe ale bateriei în stare solidă

Dacă toate acestea sună prea bine pentru a fi adevărat, există câteva avertismente în tehnologie. Unele dintre acestea trebuie încă rezolvate înainte de adoptarea pe scară largă a tehnologiei bateriei în stare solidă.

  • Costeste probabil cel mai mare dușman. Echipele de cercetare și companiile de startup lucrează din greu pentru a face procesul de producție pentru aceste baterii mai ieftin și scalabil. Unele companii susțin că sunt apropiate, dar nu vom ști cât de reușite au avut până nu vom vedea prețurile reale la produsele cu aceste baterii.
    • Aceste baterii, de asemenea, luptați la temperaturi scăzute. Prin urmare, soluțiile care implică izolarea acestora sau menținerea acestora la o temperatură de funcționare bună fac parte din provocare.
    • Când poți cumpăra baterii cu stare solidă?

      Există câteva companii precum Putere solidă și QuantumScape, care pretind că se află la vârful aplicațiilor comerciale pentru baterii în stare solidă.

      Toyota intenționează să aibă la vânzare vehicule electrice cu baterii în stare solidă încă din 2021. Atât Solid Power, cât și QuantumScape urmăresc lansarea bateriilor pentru vehicule în 2022 și, respectiv, în 2024. Aceasta înseamnă că în următorii câțiva ani am putea fi chiar la începutul unei revoluții a bateriei.

      Asta înainte de a intra chiar în posibilitățile care decurg din utilizarea grafenului. Acest material minune promite baterii și mai bune, indiferent dacă au în ele electroliți lichizi sau solizi. Obținerea grafenului pentru a juca mingea a evitat oamenii de știință și inginerii mai mult decât se aștepta, dar puteți cumpăra deja un powerbank hibrid grafen chiar acum. Într-adevăr, viitorul este aici.

      Related posts:


      25.05.2021