Mi az a szilárdtestű akkumulátor, és megoldják az akkumulátor élettartamát?

A mobil technológia exponenciálisan növekszik a hatalomban, de az akkumulátortechnika nem tart fenn. Elérjük a hagyományos lítium-ion és a lítium-polimer formatervezésének fizikai korlátait. Lehet, hogy a megoldást szilárdtest-akkumulátornak nevezik.

Mi az a szilárd állapotú akkumulátor?

A hagyományos akkumulátor-tervezésnél leggyakrabban a lítium-ion-két szilárd fémelektródot használják elektrolitként működő folyékony lítium-sóval. Az ionos részecskék az elektródokból (a katódból) a másikba (az anódba) az akkumulátor töltéseként mozognak, és visszafelé, amikor kisülnek. A folyékony lítium-só elektrolit az a közeg, amely lehetővé teszi a mozgást. Ha valaha láttam egy akkumulátort, hogy rozsdásodik, vagy kiszúródik, akkor az „akkumulátorsav”, amely (vagy néha felrobban), a folyékony elektrolit..

Egy szilárdtestű akkumulátorban mind a pozitív, mind a negatív elektródák és a közöttük lévő elektrolit fém, ötvözet vagy más szintetikus anyag tömör darabjai. A „szilárdtest” kifejezés emlékeztethet az SSD adatmeghajtókra, és ez nem véletlen. A szilárdtest-tároló meghajtók flash memóriát használnak, amely nem mozdul el, szemben a szabványos merevlemezzel, amely egy apró motorral működő, forgó mágneses lemezen tárolja az adatokat..

Bár a szilárdtest akkumulátorok elképzelése évtizedek óta elterjedt, fejlődésük előrehaladtával most kezdődik, jelenleg az elektronikai cégek, az autógyártók és az általános ipari szolgáltatók beruházásai ösztönzik..

Mi a jobb a szilárdtest akkumulátorokról?

A szilárdtest akkumulátorok néhány különös előnyt biztosítanak a folyadékkal töltött unokatestvéreikhez képest: jobb akkumulátor-élettartam, gyorsabb töltési idő és biztonságosabb élmény.

A szilárdtest akkumulátorok az elektródák folyékony elektrolitban való felfüggesztése helyett három lapos rétegre préselik az anódot, a katódot és az elektrolitot. Ez azt jelenti, hogy kisebb, vagy legalábbis hígabbá teheti őket, miközben annyi energiát tart, mint egy nagyobb folyadék alapú akkumulátor. Tehát, ha a lítium-ion vagy a lítium-polimer akkumulátort a telefonjában vagy a hordozható számítógépen ugyanolyan méretű, szilárd állapotú akkumulátorral cserélte, sokkal hosszabb töltést kapna. Alternatív megoldásként egy olyan eszközt is készíthet, amely ugyanolyan töltést tart fenn sokkal kisebb vagy vékonyabb.

A szilárdtest akkumulátorok is biztonságosabbak, mivel nincsenek mérgező, gyúlékony folyadékok, és nem jutnak annyi hőt, mint a hagyományos újratölthető elemek. Ha olyan akkumulátorokra alkalmazzák, amelyek áramot működtetnek az elektronikával vagy akár elektromos autókkal, akkor sokkal gyorsabban tölthetnek fel, túl sok ion is sokkal gyorsabban mozoghat a katódról az anódra.

A legfrissebb kutatások szerint a szilárdtest akkumulátor 500% -kal vagy annál nagyobb teljesítményt képes elérni a hagyományos újratölthető akkumulátoroknál, és az idő egy tizede alatt feltöltődik..

Melyek a hátrányok?

Mivel a szilárdtest akkumulátorok feltörekvő technológia, rendkívül drága a gyártásuk. Olyan drága, valójában, hogy az írás idején nem telepítettek nagyobb fogyasztói minőségű elektronikát. 2012-ben a Floridai Egyetem Szoftverelemző és Fejlett Anyagfeldolgozó Osztályának elemzői becslése szerint a tipikus mobiltelefon-méretű, szilárdtest-akkumulátor körülbelül 15 000 dollárba kerülne a gyártáshoz. Az egyik elég nagy ahhoz, hogy elektromos energiát használjon, 100 000 dollárba kerülne.

Ha egy szilárdtest-akkumulátort elég nagy ahhoz, hogy a telefont megfizesse, ezer dollárba kerül.

Ennek az az oka, hogy a méretgazdaságosság nem működik - évente több száz millió újratölthető akkumulátort készítenek, így az anyagok és berendezések gyártási költségei hatalmas ellátási vonalakon oszlanak meg. Csak néhány olyan cég és egyetem van, amely a szilárdtest-elemeket kutatja, így az egyes termékek előállításának költségei csillagászatiak.

Egy másik kérdés az anyagok. Míg a hagyományos fémek, ötvözetek és fémsók tulajdonságai a hagyományos újratölthető akkumulátorokhoz jól ismertek, a fém anódok és katódok közötti szilárd elektrolitra jelenleg nem ismerjük a legjobb kémiai és atomösszetételt. A jelenlegi kutatások ezt szűkítik, de megbízhatóbb adatokat kell gyűjtenünk, mielőtt összegyűjthetnénk vagy szintetizálhatnánk az anyagokat és befektetnénk a gyártási folyamatokba..

Mikor fogok használni egy szilárdtestű akkumulátort?

Mint minden feltörekvő technológia, próbáld kitalálni, hogy mikor kapod meg a kezed, a legjobb találgatás.

Bíztató, hogy sok hatalmas vállalat befektet a kutatásba, amely a szilárdtest-akkumulátorok fogyasztói piacra történő behozatalához szükséges, de a közeljövőben félelmetes nagy áttörést jelent, nehéz megmondani, hogy nagy előrelépés lenne. Legalább egy autógyártó azt mondja, hogy készen áll arra, hogy 2023-ra készítsen egy járművet, de nem tudja kitalálni, hogy mennyi lehet az autó. Öt év túlságosan optimistának tűnik; tíz év valószínűbbnek tűnik. Lehet, hogy húsz év vagy több, mielőtt az anyagokat rendezik, és a gyártási folyamatokat kifejlesztik.

De amint azt a cikk elején mondtuk, a hagyományos akkumulátor-technológia elkezd megütni egy falat. És nincs semmi olyan, mint a potenciális értékesítés a kutatásra és fejlesztésre. Legalább enyhén (nagyon, nagyon kicsit) lehetséges, hogy a modulot hamarosan használhatja, vagy meghosszabbíthatja a szilárdtest-akkumulátorral működő autót.

Kép hitel: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock