Tartalom

• Helytakarékos
• A hosszabb élettartam
• A szilárdtest elektrolitok típusai
• Vékony film elemek
• Nagyobb, ömlesztett akkumulátorok
• Nagyon vezetőképességű
• Tekerje fel

Néhány héttel ezelőtt Kris bemutatta nekünk a szilárdtest akkumulátorok témáját és azt, hogy ezek miként válhatnak az okostelefon akkumulátor technológiájának következő jelentős előrelépésévé. Röviden: a szilárdtest akkumulátorok biztonságosabbak, több levet tartalmazhatnak és még vékonyabb eszközökhöz is felhasználhatók. Sajnos jelenleg meglehetősen drágák a közepes méretű okostelefon-cellákba helyezése, de ez az elkövetkező években változhat.

Tehát, ha azon tűnődött, hogy mi a pontosan egy szilárdtest akkumulátor, és hogy ez miért különbözik a mai lítium-ion celláktól, olvassa el tovább.

A legfontosabb különbség az általánosan használt lítium-ion akkumulátor és a szilárdtest elem között az, hogy az előbbiek folyékony elektrolit oldatot használnak az áramlás szabályozására, míg a szilárdtest akkumulátorok szilárd elektrolitot választanak. Az akkumulátor elektrolitja egy vezetőkémiai vegyület, amely lehetővé teszi az áram áramlását az anód és a katód között.

A szilárdtest akkumulátorok továbbra is ugyanúgy működnek, mint a jelenlegi akkumulátorok, de az anyagváltozás megváltoztatja az akkumulátor bizonyos tulajdonságait, beleértve a maximális tárolási kapacitást, a töltési időt, a méretet és a biztonságot.

Az akkumulátoron belüli áram átvezet az anód és a katód között egy vezetőképes elektroliton, míg az elválasztókat rövidzárlat megakadályozására használják.

Helytakarékos

A folyadékról szilárd elektrolitra való váltás azonnali előnye, hogy az akkumulátor energia sűrűsége megnő. Ennek oka az, hogy a folyadékcellák közötti nagy szeparátorok megkövetelése helyett a szilárdtest akkumulátoroknak csak nagyon vékony akadályokra van szükségük, hogy megakadályozzák a rövidzárlatot.

A szilárdtest akkumulátorok kétszer annyi energiát tudnak felcsomagolni, mint a Li-ion

A hagyományos folyadékkal átitatott akkumulátor-elválasztók 20-30 mikron vastagságúak. A szilárdtest technológia az elválasztókat mindegyikre 3-4 mikronra csökkentheti, ez körülbelül hétszeres helymegtakarítást jelent az anyagváltás révén.

Ezek az elválasztók azonban nem az egyetlen elem az akkumulátor belsejében, és a többi bit nem csökkent annyira, hogy korlátozza a szilárdtest elemek helymegtakarítási potenciálját.

Ennek ellenére a szilárdtest akkumulátorok akár kétszer annyi energiát is felvehetnek, mint a Li-ion, ha az anódot egy kisebb alternatívára cserélik.

A hosszabb élettartam

A szilárdtest elektrolitok általában kevésbé reagálnak, mint a mai folyadékok vagy gélek, tehát várhatóan sokkal hosszabb ideig tartanak, és mindössze 2 vagy 3 év után nem kell azokat cserélni. Ez azt is jelenti, hogy ezek az akkumulátorok nem robbannak fel és nem gyulladnak ki, ha sérültek vagy gyártási hibákat szenvednek, ez azt jelenti, hogy biztonságosabb termékek a fogyasztók számára.

A szilárdtest akkumulátorok nem robbanhatnak fel vagy gyulladhatnak ki, ha sérültek vagy gyártási hibákat szenvednek.

A jelenlegi okostelefonokban a cserélhető akkumulátorokat gyakran keresik azok számára, akik ugyanazt a telefont szeretnék évek óta használni, mivel azok kicserélhetők, ha elkezdenek bontani.

Az okostelefon-akkumulátorok gyakran nem töltik le töltöttségüket körülbelül egy év múlva, sőt a hardverek instabilvá válhatnak, újraindulhatnak, vagy akár több éves használat után is leállhatnak. Szilárdtest akkumulátorok esetén az okostelefonok és más eszközök sokkal hosszabb ideig tarthatnak életbe anélkül, hogy cserecellára lenne szükség.

Rengeteg szilárd kémiai vegyület használható fel az elemekben, és nem csak egy.

A folyékony és a szilárd elemek elemzése a téma egyszerűsítése, mivel sok szilárd kémiai vegyület használható az elemekben, és nem csak egy.

A szilárdtest elektrolitok típusai

Nyolc különféle fő kategóriába tartozik a szilárdtest akkumulátorok, amelyek mindegyike különböző anyagokat használ az elektrolit számára. Ezek a Li-Halid, Perovskite, Li-Hydrid, NASICON-szerű, Garnet, Argyrodite, LiPON és LISICON-szerűek.

Mivel továbbra is foglalkozunk egy feltörekvő technológiával, a kutatók továbbra is megválaszolják a szilárdtest elektrolitok legjobb típusait, amelyeket a különféle termékkategóriákhoz használni lehet. Még senki sem került egyértelmű vezetõként, de a szulfid-alapú, a LiPON és a Garnet cellákat jelenleg a legígéretesebbnek tekintik.

Valószínűleg észrevetted, hogy ezeknek a típusoknak sok szempontjából továbbra is lítium (Li) alapúak vannak, mert még mindig lítium elektródákat használnak. De sokan új anód- és katód-elektróda anyagokat választanak a teljesítmény javítása érdekében.

Vékony film elemek

Még a szilárdtest típusú elemeknél is létezik két egyértelmű altípus - vékony film és ömlesztett. Az egyik legsikeresebb vékonyréteg-típus, amely már piacra kerül, a LiPON, amelyet a gyártók többsége lítium-anóddal állít elő.

A LiPON elektrolit kiváló súly-, vastagsági és egyenletes rugalmassági tulajdonságokat kínál, ígéretes cella típusává téve a hordható elektronikát és apró cellákat igénylő eszközöket. Visszatérve a hosszabb élettartamú sejtek témájához, a LiPON szintén kiváló stabilitást mutatott, mindössze 5% -os kapacitáscsökkenéssel 40 000 töltési ciklus után.

A LiPON akkumulátorok akár 40-130-szor is hosszabb ideig tarthatnak, mint a Li-ion akkumulátorok, mielőtt kicserélnék őket.

Összehasonlításképpen: a lítium-ion akkumulátorok csak 300 és 1000 ciklust kínálnak, mielőtt hasonló vagy nagyobb kapacitáscsökkenést mutatnának. Ez azt jelenti, hogy a LiPON akkumulátorok akár 40-130-szor is hosszabb ideig tarthatnak, mint a Li-ion akkumulátorok, mielőtt kicserélnék őket.

A LiPON hátránya, hogy teljes energiatároló kapacitása és vezetőképessége összehasonlítva meglehetősen gyenge. Az alternatív szilárdtest-akkumulátor-technológiák azonban kulcsfontosságúak lehetnek az intelligens órák hosszabb élettartama érdekében, ami jelenleg számos vásárlótól hátráltatja a hordható termékek felvételét.

Nagyobb, ömlesztett akkumulátorok

A szilárdtest akkumulátorok eddig még nem felelnek meg az okostelefonokban és táblagépekben található nagyobb celláknak, nem is beszélve a laptopokról vagy az elektromos autókról. Nagyobb, nagyobb kapacitású, szilárdtestű, nagyobb kapacitású akkumulátorok esetén a folyékony elektrolitokhoz közeli vagy megegyező vezetőképességre van szükség, ami kizárja az egyébként ígéretes technológiákat, mint például a LiPON. Az ionvezetés méri az ionok azon képességét, hogy az anyagon áthaladjanak. A nagyobb vezetékek jó vezetése követelmény a szükséges áram biztosítása érdekében.

A LISICON és a LiPS felülmúlta a LiPO, LiS és SiS akkumulátorok kutatását, amelyek a szilárdtest területén korábban vezettek. Ezek a típusok azonban még mindig szenvednek alacsonyabb vezetőképességtől, mint szobahőmérsékleten lévő szerves és folyékony elektrolitok, ami a kereskedelmi termékeknél gyakorlatilag lehetetlenné teszi őket.

Nagyon vezetőképességű

Itt érkezik kutatás a gránát-oxid (LLZO) elektrolitokkal kapcsolatban, mivel szobahőmérsékleten magas ionvezető képességgel büszkélkedhet.

Az anyag olyan vezetőképességet ér el, amely csak csekély mértékben elmarad a folyékony lítium-ion cellák által nyújtott eredményektől, és az LGPS-vel kapcsolatos új tanulmányok azt sugallják, hogy ez az anyag akár megfelelhet is.

Ez azt jelentené, hogy a szilárdtestű akkumulátorok nagyjából azonos teljesítményű és kapacitással rendelkeznek, mint a mai Li-ion cellák, miközben az előnyök, mint például a kisebb méret és a hosszabb élettartam valósággá válnak.

A gránát stabil a levegőben és a vízben is, ezért alkalmas Li-Air akkumulátorokra is. Sajnos ezt drága szinterelési eljárással kell előállítani.

Ez jelenleg nem vonzó javaslat a fogyasztói akkumulátorokban történő felhasználáshoz, összehasonlítva a lítium-ion cellák alacsony költségével. A jövőben valószínűleg csökkennek a költségek, mivel a gyártási technikákat finomítják, ám még mindig távol vagyunk a kereskedelmi szempontból életképes szilárdtest akkumulátoroktól.

Tekerje fel

Nyilvánvaló, hogy még mindig sok a folyamatban lévő kutatás a szilárdtest akkumulátor technológiáról. Nem fogjuk látni, hogy az érett cellák a legkorábbi előrejelzések szerint újabb 4 vagy 5 évre kerülnek fogyasztási cikkekbe, például okostelefonokba. Más készülékek (például drónok) szilárdtestű elemei azonban a következő évben megjelenhetnek.

Ugyanakkor a legújabb kutatások végre eredményeket hoznak, amelyek képességeik alapján versenybe tudnak lépni a meglévő li-ion akkumulátorokkal, miközben biztosítják a szilárdtest elektrolitok előnyeit. Csak arra van szükségünk, hogy a gyártási folyamatok érezzék magukat, és számos nagy és közelgő akkumulátorgyártó rendelkezik a forrásokkal, hogy ezt valóra váltsa.

Összegezve: ezen kémiai különbségek legfontosabb előnyei fogyasztói szempontból a következők: akár hatszor gyorsabb töltés, akár kétszer az energiasűrűség, hosszabb ciklusidő akár 10 év is a 2-hez képest, és nincs tűzveszélyes alkatrész. Ez minden bizonnyal jótékonysági tényező lesz az okostelefonok és más hordozható eszközök számára.