Що таке твердотільний акумулятор і вони вирішать наші проблеми з часом роботи батареї?

Мобільні технології збільшуються в потужності в геометричній прогресії, але технологія акумуляторів не підтримує. Ми досягаємо фізичних меж того, що можуть зробити звичайні літій-іонні та літій-полімерні конструкції. Рішенням може бути те, що називається твердотільним акумулятором.

Що таке твердотільна батарея?

У звичайній конструкції батареї найчастіше використовуються літій-іонні-два твердих металевих електрода з рідкою літієвою сіллю, що діє як електроліт. Іонні частинки рухаються від одного електрода (катода) до іншого (анод), коли акумулятор заряджається, і в зворотному напрямку, коли він розряджається. Рідкий електроліт літієвої солі є середовищем, що дозволяє цей рух. Якщо ви коли-небудь бачили, як батарея роз'їдає або проколюється, «кислота акумулятора», яка витікає (або іноді вибухає), є рідким електролітом.

У твердотільному акумуляторі як позитивні, так і негативні електроди і електроліт між ними є твердими шматками металу, сплаву або іншого синтетичного матеріалу. Термін "твердотільний" може нагадати вам про накопичувачі даних SSD, і це не випадково. Твердотільні накопичувачі використовують флеш-пам'ять, яка не рухається, на відміну від стандартного жорсткого диска, на якому зберігаються дані на обертовому магнітному диску, що працює від мініатюрного двигуна..

Хоча ідея твердотільних батарей існує вже протягом десятиліть, досягнення в їхньому розвитку тільки починаються, на даний момент стимулюються інвестиціями компаній електроніки, виробників автомобілів і загальнопромислових постачальників..

Що краще про твердотільні батареї?

Твердотільні батареї обіцяють декілька чітких переваг перед рідкими наповнювачами: поліпшується час автономної роботи, швидше зарядка та більш безпечний досвід.

Твердотільні батареї стискають анод, катод і електроліт в три плоских шару замість того, щоб підвішувати електроди в рідкому електроліті. Це означає, що ви можете зробити їх меншими або, принаймні, більш плоскими, зберігаючи при цьому стільки енергії, скільки більшу батарею на основі рідини. Отже, якщо замінити літій-іонну або літій-полімерну батарею на телефон або ноутбук на твердотільний акумулятор такого ж розміру, то заряд буде набагато довшим. Крім того, можна створити пристрій, який заряджає той самий заряд набагато менше або тонше.

Твердотільні батареї також є більш безпечними, оскільки не пропускається токсична, легкозаймиста рідина, і вони не випускають стільки тепла, як звичайні акумуляторні батареї. При застосуванні до акумуляторів, які забезпечують струм електроніки або навіть електричні автомобілі, вони можуть перезаряджатися набагато швидше, а іони можуть рухатися набагато швидше від катода до анода.

Згідно з останніми дослідженнями, твердотільна батарея може перевершити звичайні акумуляторні батареї на 500% або більше з точки зору потужності, і зарядити в десяту частину часу.

Які недоліки?

Оскільки твердотільні батареї - це нова технологія, вони неймовірно дорогі у виробництві. Настільки дорогим, по суті, що вони не встановлені в будь-якій великій споживчій електроніці на момент написання. У 2012 році аналітики, що пишуть для відділу аналізу програмного забезпечення та вдосконалених матеріалів для Університету Флориди, оцінили, що типовий для батареї твердотільний акумулятор розміром близько 15 000 доларів. Один великий, достатній для влади електричний автомобіль буде коштувати $ 100,000.

Створення твердотільної батареї, достатньо великої для живлення телефону, сьогодні коштує тисячі доларів.

Частина цього полягає в тому, що економія масштабу не на місці - сотні мільйонів акумуляторних батарей виробляються щорічно, тому виробничі витрати на матеріали та обладнання розподілені по величезних лініях постачання. Є лише кілька компаній і університетів, які досліджують твердотільні батареї, тому витрати на виготовлення кожного з них є астрономічними.

Іншим питанням є матеріали. Незважаючи на те, що властивості різних металів, сплавів і металевих солей, які використовуються для звичайних акумуляторних батарей, відомі, в даний час ми не знаємо найкращого хімічного і атомного складу твердого електроліту між металевими анодами і катодами. Нинішні дослідження скорочують це, але ми повинні зібрати більш надійні дані, перш ніж ми зможемо зібрати або синтезувати матеріали та інвестувати в виробничі процеси.

Коли я отримаю використання твердотільної батареї?

Як і з усіма новими технологіями, намагаючись з'ясувати, коли ви отримаєте свої руки на це краще вгадати.

Заохочує те, що багато величезних корпорацій інвестують у дослідження, необхідні для приведення твердотільних батарей у споживчий ринок, але нехтуючи великим проривом у найближчому майбутньому, важко сказати, чи буде великий крок вперед. Принаймні одна компанія автомобіля каже, що вона буде готова поставити один в транспортний засіб до 2023 року, але не здогадується, скільки може коштувати цей автомобіль. П'ять років здаються надмірно оптимістичними; Десять років здається більш вірогідним. Це може бути двадцять років або більше, перш ніж матеріали будуть вирішені і виробничі процеси будуть розроблені.

Але тому що ми сказали на початку статті, звичайний tech батареї починає вдарити стіну. І немає нічого подібного до потенційних продажів, які б стимулювали дослідження та розробки. Це, принаймні, трохи (дуже, дуже незначно) можливо, що ви можете скористатися гаджетом або загнати машину, що живиться від твердотільної батареї..

Зображення: Сухараш Вонгпет / Шуттерсток, Даніель Красон / Шуттерсток