Какво представлява твърдотелна литиева батерия?

Има течност във вашия телефон, компютър и вашия електрическо превозно средство (EV). Това е така, защото почти всички акумулаторни електроники използват литиево-йонни батерии, които разчитат на течни електролити.

Но това е на път да се промени.

„Въпреки че твърдотелните литиеви батерии са разработени преди повече от 30 години, търговската им употреба тепърва започва да се развива благодарение на новите материали, които ги правят търговски жизнеспособни“, казва Винс Кайто, вицепрезидент по продукта развитие при Сила на Йошино. „Solid-state става особено заглавие, тъй като производителите на автомобили ги разработват за следващото поколение електромобили.“

Какво представлява твърдотелна литиева батерия?

Просто казано, литиева батерия в твърдо състояние използва твърд електролит вместо течен.

„Всички батерии имат три основни компонента: анод, катод и електролит“, казва Габриел Адамс, студент в Държавния университет на Аризона, който изследва новата технология в Лаборатория Ролстън.

„В широко популярните нетвърдотелни литиеви батерии, намиращи се във всичко – от потребителската електроника до самолети, електролитът е течност, която улеснява преноса на литиеви йони между анода и катод. В литиева батерия в твърдо състояние електролитът вместо това е твърд материал.

Има няколко вида технологии за твърдотелни литиеви батерии. Някои разчитат на полимери за провеждане на литиевите йони, докато други използват сулфиди или оксиди (керамика).

Предимства на литиеви батерии в твърдо състояние

Подобрената безопасност е едно от основните предимства, тъй като електролитите не могат да изтекат.

„Течните електролити са запалими и затова виждате пожари на батерията в новините“, казва Ерик Д. Wachsman, Ph.D., директор на Институт за енергийни иновации в Мериленд.

„Можем да проектираме около това и правим това от дълго време, но има някои фундаментални компромиси между безопасността и производителността с течни електролити и керамичните твърди електролити избягват този компромис, защото твърдият е незапалим."

Друго предимство: По-високата енергийна плътност, което води до по-компактна и по-лека батерия. При електромобилите това е рекламирано като „Светия Граал“, защото позволява на колите да стигнат по-далеч със зареждане и презареждане по-бързо.

За техническите специалисти, ето защо, според Адамс: „Твърдите вещества са по-плътни от течностите и твърдотелните батерии елиминират необходимостта от разделител между анода и катода. Те също имат по-добра термична стабилност, тъй като твърдите частици са по-здраво свързани на атомно ниво, така че твърдотелните батерии могат по-добре да издържат на по-високи температури.

Недостатъци на литиеви батерии в твърдо състояние

Най-големият недостатък е цената, поради техните съвременни материали, технология и сложност на производството. Но тъй като тези батерии стават по-често срещани, разходите вероятно ще намалеят.

Къде се използват твърдотелни батерии?

В момента те не са широко достъпни за потребителите, но това започва да се променя. Yoshino Power току-що пусна някои от първите литиеви продукти в твърдо състояние: преносими електроцентрали в различни размери за домашно архивиране, работещи електрически инструменти и къмпинг. През следващите няколко години се очаква технологията да започне да щурмува пазара на електромобили.

„Твърдите батерии са пътят на бъдещето“, казва Адамс. „Производителите на нови електрически превозни средства инвестират сериозно в своето развитие и компаниите харесват Toyota заяви, че новите им електрически превозни средства ще използват технология за твърдотелни батерии веднага 2027.”

Почти всеки друг автомобилен производител също е поел ангажимент към технологията.

„Фокусът на Министерството на енергетиката по отношение на финансирането е върху електрическите превозни средства поради въздействието върху справянето с проблемите, свързани с климата“, казва Уаксман. „Но ще го направи в потребителската електроника. Ще го превърне в мрежово хранилище. Има неограничен брой приложения за тези батерии.“

Но ако обмисляте EV и имате ограничен бюджет, не чакайте технологията да се появи. „Просто отидете да го вземете сега“, казва Уаксман. „Първоначалните ще бъдат по-скъпи и ще мине известно време, преди мащабът на производството да стане достатъчно голям, че цената на единица да падне.“

Сценарист на свободна практика и продуцент на инди филми, Каруна Еберл обхваща природата и природата на „Направи си сам“, изследвайки дивата природа, екологичния начин на живот, пътуванията и градинарството за Family Handyman. Тя също пише колоната Eleven Percent на FH за динамичните жени в работната сила в строителството. Някои от другите й заслуги включват мартенската корица на Readers Digest, National Parks, National Geographic Channel и Atlas Obscura. Каруна и нейният съпруг също са на последния етап от реновирането на изоставена къща в почти призрачен град в провинциален Колорадо. Когато не работят, можете да ги намерите да се разхождат и да пътуват по задните пътища, като къмпингуват в своя собствено преустроен ван.