Turinys

• Vietos taupymas
• Ilgesnis gyvenimas trunka
• Kietojo kūno elektrolitų tipai
• Plonos plėvelės baterijos
• Didesnės, birios baterijos
• Labai laidus
• Apvyniokite

Prieš porą savaičių Krisas mus supažindino su kietojo kūno baterijų tema ir kaip jos gali būti kitas didelis išmaniųjų telefonų akumuliatorių technologijos patobulinimas. Trumpai tariant, kietojo kūno baterijos yra saugesnės, gali įpilti daugiau sulčių ir gali būti naudojamos dar plonesniems prietaisams. Deja, šiuo metu yra nepaprastai brangu dėti į vidutinio dydžio išmaniųjų telefonų ląsteles, tačiau tai gali pasikeisti per ateinančius metus.

Taigi, jei jums kilo klausimas, kas tiksliai yra kietojo kūno baterija ir kuo ji skiriasi nuo šių dienų ličio jonų elementų, skaitykite toliau.

Pagrindinis skirtumas tarp dažniausiai naudojamų ličio jonų akumuliatorių ir kietojo kūno akumuliatorių yra tas, kad pirmieji naudoja skystą elektrolitinį tirpalą srovės srautui reguliuoti, o kietojo kūno baterijos pasirenka kietą elektrolitą. Baterijos elektrolitas yra laidus cheminis mišinys, leidžiantis tekėti srovei tarp anodo ir katodo.

Kietojo kūno akumuliatoriai vis dar veikia taip pat, kaip ir dabartinės baterijos, tačiau pasikeitus medžiagoms, keičiasi kai kurie akumuliatoriaus atributai, įskaitant maksimalią saugojimo talpą, įkrovimo laiką, dydį ir saugą.

Srovė akumuliatoriaus viduje praeina tarp anodo ir katodo per laidų elektrolitą, o separatoriai yra naudojami siekiant užkirsti kelią trumpam jungimui.

Vietos taupymas

Tiesioginis perėjimo nuo skysčio prie kieto elektrolito pranašumas yra tai, kad gali padidėti akumuliatoriaus energijos tankis. Taip yra todėl, kad kietojo kūno baterijoms, užuot reikalavus didelių atskyrimų tarp skysčio elementų, reikia tik labai plonų barjerų, kad būtų išvengta trumpojo jungimo.

Kietojo kūno baterijos gali sudėti dvigubai daugiau energijos nei Li-ion

Įprasti skysčių mirkyti akumuliatorių separatoriai yra 20-30 mikronų storio. Kietojo kūno technologija gali sumažinti separatorių iki 3–4 mikronų, o tai sutaupo maždaug 7 kartus daugiau vietos, tiesiog keičiant medžiagas.

Tačiau šie separatoriai nėra vienintelis elementas akumuliatoriaus viduje, o kiti antgaliai negali tiek susitraukti, o tai riboja kietojo kūno baterijų vietos taupymo galimybes.

Nepaisant to, kietojo kūno baterijos gali įkrauti dvigubai daugiau energijos nei Li-ion, pakeisdamos anodą taip pat mažesne alternatyva.

Ilgesnis gyvenimas trunka

Kietojo kūno elektrolitai paprastai yra mažiau reaguojantys nei šių dienų skysčiai ar gelis, todėl galima tikėtis, kad jie tarnaus daug ilgiau ir jų nereikės pakeisti tik po 2 ar 3 metų. Tai taip pat reiškia, kad šios baterijos nesprogs ir neužsidegs, jei jos bus pažeistos ar dėl gamybos defektų, ty vartotojams saugesni produktai.

Kietojo kūno baterijos nebus sprogios ar užsidegs, jei jos yra pažeistos ar patiria gamybos defektų.

Dabartiniuose išmaniuosiuose telefonuose keičiamos baterijos dažnai yra ieškomos tiems, kurie ilgus metus nori naudoti tą patį telefoną, nes, pradėjus sugesti, juos galima pakeisti.

Išmaniųjų telefonų akumuliatoriai dažnai neišsikrauna maždaug po maždaug metų ir dėl to net po keleto metų naudojimo aparatūra gali tapti nestabili, atsistatyti ar net nustoti veikti. Turint kietojo kūno baterijas, išmanieji telefonai ir kiti įtaisai gali tarnauti daug ilgiau, nereikia papildomo elemento.

Kietų cheminių junginių, kurie gali būti naudojami baterijose, yra daugybė, ne vienas.

Kalbėjimas apie skystas ir kietas baterijas yra pernelyg supaprastintas dalykas, nes baterijose yra daugybė kietų cheminių junginių, kurie gali būti naudojami ne vienas.

Kietojo kūno elektrolitų tipai

Yra aštuonios skirtingos pagrindinės kietojo kūno baterijų kategorijos, kurių kiekviena elektrolitui naudoja skirtingas medžiagas. Tai yra Li-Halide, Perovskite, Li-Hydride, NASICON tipo, Granatas, Argyrodite, LiPON ir LISICON tipo.

Kadangi mes vis dar nagrinėjame kylančias technologijas, tyrėjai vis dar susiduria su geriausiomis kietojo kūno elektrolitų rūšimis, skirtomis naudoti skirtingoms produktų kategorijoms. Nei vienas dar nepaaiškėjo kaip aiškūs lyderiai, tačiau šiuo metu perspektyviausi yra sulfidų pagrindu sukurti „LiPON“ ir „Granatas“ elementai.

Turbūt pastebėjote, kad daugelis šių tipų tam tikru atžvilgiu vis dar yra ličio (Li) pagrindu, nes jie vis dar naudoja ličio elektrodus. Tačiau daugelis norėdami pagerinti našumą renkasi naujas anodo ir katodo elektrodų medžiagas.

Plonos plėvelės baterijos

Net ir kietojo kūno tipo baterijose yra du aiškūs potipiai - plona plėvelė ir biri. Vienas iš sėkmingiausių jau esamų rinkoje plonų plėvelių tipų yra „LiPON“, kurį dauguma gamintojų gamina su ličio anodu.

„LiPON“ elektrolitas pasižymi puikiais svorio, storio ir net lankstumo atributais, todėl tai yra perspektyvus elementų tipas nešiojamai elektronikai ir įtaisams, kuriems reikia mažų elementų. Grįždamas prie ilgiau išliekančių ląstelių, LiPON taip pat pademonstravo puikų stabilumą - tik po 5 000% sumažėjo talpa po 40 000 įkrovimo ciklų.

„LiPON“ akumuliatoriai gali tarnauti nuo 40 iki 130 kartų ilgiau nei Li-ion akumuliatoriai, kol jų nereikia pakeisti.

Palyginimui, ličio jonų akumuliatoriai pasiūlo tik nuo 300 iki 1000 ciklų, prieš parodydami panašų ar didesnį talpos sumažėjimą. Tai reiškia, kad LiPON akumuliatoriai gali tarnauti nuo 40 iki 130 kartų ilgiau nei Li-ion akumuliatoriai, kol jų nereikia pakeisti.

„LiPON“ neigiama pusė yra ta, kad, palyginti su jo bendra energijos kaupimo talpa ir laidumu, tai yra gana prasta. Tačiau alternatyvios kietojo kūno akumuliatorių technologijos galėtų būti raktas į ilgesnį akumuliatoriaus veikimo laiką išmaniesiems laikrodžiams, kurie šiuo metu neleidžia daugeliui klientų pasirinkti nešiojamų.

Didesnės, birios baterijos

Kol kas kietojo kūno baterijos dar netinka didesnėms ląstelėms, esančioms išmaniuosiuose telefonuose ir planšetiniuose kompiuteriuose, jau nekalbant apie nešiojamuosius kompiuterius ar elektrinius automobilius. Didesnėms talpoms didesnės talpos kietojo kūno baterijoms reikalingas didesnis laidumas, artimas skysčių elektrolitams arba jų atitikimas, o tai atmeta tokias perspektyvias technologijas kaip LiPON. Joninis laidumas matuoja jonų gebėjimą judėti per medžiagą, o geras laidumas yra reikalavimas didesnėms ląstelėms užtikrinti reikiamą srovę.

„LISICON“ ir „LiPS“ aplenkė „LiPO“, „LiS“ ir „SiS“ baterijų, ankstesnių kietojo kūno srities lyderių, tyrimus. Tačiau šie tipai vis dar kenčia nuo mažesnio laidumo nei organiniai ir skystieji elektrolitai kambario temperatūroje, todėl komerciniams gaminiams jie yra nepraktiški.

Labai laidus

Čia pradedami granatos oksido (LLZO) elektrolitų tyrimai, nes jie pasižymi dideliu jonų laidumu kambario temperatūroje.

Medžiagos laidumas yra tik šiek tiek mažesnis už skystų ličio jonų elementų siūlomus rezultatus, o nauji LGPS tyrimai rodo, kad ši medžiaga netgi galėtų ją suderinti.

Tai reikštų kietojo kūno baterijas, kurių galia ir talpa yra maždaug tokia pati, kaip šių dienų ličio jonų elementų, nors realybė tampa mažesniais dydžiais ir ilgesne jų naudojimo trukme.

Granatas taip pat yra stabilus ore ir vandenyje, todėl tinkamas naudoti ir „Li-Air“ baterijoms. Deja, jis turi būti pagamintas naudojant brangų sukepinimo procesą.

Šiuo metu tai yra nepatrauklus pasiūlymas naudoti akumuliatorius vartotojams, palyginti su mažomis ličio jonų elementų kainomis. Ateityje išlaidos, tikėtina, kris, nes tobulinami gamybos būdai, tačiau mes vis dar šiek tiek atsiliekame nuo komerciškai perspektyvios kietojo kūno baterijos.

Apvyniokite

Akivaizdu, kad dar yra daug vykdomų kietojo kūno baterijų technologijos tyrimų. Mes nematysime, kad subrendusios ląstelės, atsižvelgdamos į ankstyviausias prognozes, dar 4 ar 5 metus pateks į tokias vartojimo prekes kaip išmanieji telefonai. Kietojo kūno baterijos kituose įrenginiuose (pvz., Dronuose) gali pasirodyti kaip tik kitais metais.

Vis dėlto paskutiniai tyrimai pagaliau duoda rezultatų, galinčių konkuruoti su esamomis ličio jonų baterijomis pagal savybes, tuo pačiu užtikrinant kietojo kūno elektrolitų pranašumus. Viskas ko mums reikia, kad gamybos procesai subręstų, ir yra daugybė didelių ir būsimų baterijų gamintojų, turinčių išteklių, kad tai taptų realybe.

Apibendrinant galima pasakyti, kad pagrindiniai šių cheminių skirtumų pranašumai vartotojo požiūriu yra šie: iki 6 kartų greitesnis įkrovimas, iki dvigubai didesnis energijos tankis, ilgesnis ciklo gyvenimas - iki 10 metų, palyginti su 2, ir nėra degių komponentų. Tai tikrai bus naudinga išmaniesiems telefonams ir kitoms nešiojamoms programėlėms.