Kas yra kietosios būsenos baterija ir ar jos išspręs mūsų baterijos veikimo problemas?

Mobilioji technologija eksponentiškai didėja, tačiau akumuliatoriaus technologijos neatsilieka. Mes pasiekiame fizinių ribų, ką gali padaryti įprastas ličio jonų ir ličio polimero dizainas. Sprendimas gali būti kažkas vadinamas kietojo kūno baterija.

Kas yra kietosios būsenos baterija?

Įprastoje baterijos konstrukcijoje dažniausiai naudojami ličio jonų du kieti metaliniai elektrodai su skystu ličio druska, veikiančia kaip elektrolitas. Jonų dalelės perkelia iš vieno elektrodo (katodo) į kitą (anodą) kaip akumuliatoriaus įkrovos ir atvirkščiai, kai išleidžia. Skystas ličio druskos elektrolitas yra terpė, leidžianti tokiam judėjimui. Jei kada nors matėte akumuliatorių ardančią ar skylę, „akumuliatoriaus rūgštis“, kuri išsiskleidžia (arba kartais sprogsta), yra skystas elektrolitas.

Kietosios baterijos atveju tiek teigiami, tiek neigiami elektrodai ir jų elektrolitas yra kieti metalo, lydinio ar kito sintetinio audinio gabalai. Terminas „kietoji būsena“ gali priminti jums apie SSD duomenų diskus ir tai nėra atsitiktinumas. Kietosios būsenos atmintinės naudoja „flash“ atmintį, kuri neperkelia, o ne standartinis standusis diskas, kuris saugo duomenis į verpimo magnetinį diską, maitinamą mažu varikliu.

Nors kietojo kūno baterijų idėja buvo maždaug dešimtmečius, tačiau jų vystymasis dar tik pradedamas, šiuo metu tai skatina elektronikos kompanijų, automobilių gamintojų ir bendrų pramonės paslaugų teikėjų investicijos..

Kas yra geriau apie kietojo kūno baterijas?

Kietojo akumuliatoriaus baterijos žada keletą skirtingų privalumų, palyginti su skysčiu užpildytais pusbroliais: geresnis akumuliatoriaus tarnavimo laikas, greitesnis įkrovimo laikas ir saugesnė patirtis.

Kietosios baterijos suspaudžia anodą, katodą ir elektrolitą į tris plokščius sluoksnius, o ne elektrodus suspenduoja skystame elektrolite. Tai reiškia, kad jūs galite padaryti juos mažesnius arba bent jau lygesnius, laikydami tiek energijos, kiek didesnė skysčio baterija. Taigi, jei pakeisite ličio jonų arba ličio polimerų bateriją į savo telefoną ar nešiojamąjį kompiuterį su tokio pat dydžio kietojo kūno baterija, jis gautų daug ilgesnį mokestį. Arba galite sukurti prietaisą, turintį tą patį įkrovą, mažesnį arba plonesnį.

Kietosios baterijos taip pat yra saugesnės, nes nėra nuodingų, degių skysčių, kad išsiliejtų, ir jie neišskiria tiek daug šilumos, kaip ir įprastos įkraunamos baterijos. Naudojant baterijas, kurios maitina elektroniką arba net elektrinius automobilius, jos gali daug greičiau įkrauti, pernelyg daug jonų gali judėti daug greičiau nuo katodo iki anodo.

Remiantis naujausiais tyrimais, kietojo kūno baterija gali viršyti įprastų įkraunamų baterijų galingumą 500% ar daugiau, ir įkrauti iki dešimtosios dalies laiko.

Kokie yra trūkumai?

Kadangi kietojo kūno baterijos yra nauja technologija, jos yra neįtikėtinai brangios. Taip brangus, iš tiesų, kad jie nėra įdiegti jokioje svarbioje vartotojų klasės elektronikoje rašymo metu. 2012 m. Floridos universiteto programinės įrangos analizės ir pažangių medžiagų apdorojimo skyriaus analitikai apskaičiavo, kad tipiškas mobiliojo telefono dydžio kietojo kūno akumuliatorius kainuotų apie 15 000 JAV dolerių. Viena pakankamai didelė, kad gal ÷ tų valdyti elektrinį automobilį kainuotų 100 000 JAV dolerių.

Padaryti kietojo kūno bateriją pakankamai didelę, kad galėtumėte įjungti telefoną tūkstančius dolerių.

Dalis to yra dėl to, kad masto ekonomija nėra sukurta - šimtai milijonų įkraunamų baterijų gaminami kiekvienais metais, todėl medžiagų ir įrangos gamybos sąnaudos paskirstomos didelėms tiekimo linijoms. Yra tik keletas įmonių ir universitetų, tiriančių kietojo kūno baterijas, todėl kiekvienos jų gamybos sąnaudos yra astronominės.

Kita problema yra medžiagos. Nors įvairių metalų, lydinių ir metalinių druskų, naudojamų įprastoms įkraunamoms baterijoms, savybės yra gerai žinomos, šiuo metu mes nežinome geriausios cheminės ir atominės kompozicijos kietam elektrolitui tarp metalinių anodų ir katodų. Dabartiniai moksliniai tyrimai mažina šį skaičių, tačiau prieš surinkdami ar sintezuojant medžiagas ir investuojant į gamybos procesus, turime surinkti patikimesnius duomenis..

Kada gausiu naudoti kietojo kūno bateriją?

Kaip ir visose naujosiose technologijose, bandydami išsiaiškinti, kada gausite savo rankas, geriausia yra atspėti.

Džiugu, kad daugybė milžiniškų korporacijų investuoja į tyrimus, reikalingus kietojo kūno baterijoms patekti į vartotojų rinką, tačiau artimiausioje ateityje baisu dėl didelių laimėjimų, sunku pasakyti, ar bus didelis žingsnis į priekį. Bent viena automobilių kompanija teigia, kad ji bus pasirengusi įdėti automobilį iki 2023 m., Bet nesitiki, kiek šis automobilis gali kainuoti. Penki metai atrodo pernelyg optimistiški; dešimt metų atrodo labiau tikėtina. Gali būti dvidešimt metų ar ilgiau, kol bus išspręstos medžiagos ir sukuriami gamybos procesai.

Tačiau, kaip sakėme straipsnio pradžioje, įprastinė akumuliatorių technologija pradeda pataikyti į sieną. Ir nėra nieko panašaus į potencialų pardavimų skatinimą moksliniams tyrimams ir plėtrai. Tai gali būti šiek tiek (labai, labai mažai), kad galbūt galėsite naudoti programėlę arba vairuoti automobilį, maitinamą kietojo kūno baterija.

Vaizdo kreditas: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock