Hvad er et Solid State Lithium-batteri?

Der er væske inde i din telefon, din computer og din elektrisk køretøj (EV). Det skyldes, at næsten al genopladelig elektronik bruger lithium-ion batterier, som er afhængige af flydende elektrolytter.

Men det er ved at ændre sig.

"Selvom solid-state lithium-batterier blev udviklet for mere end 30 år siden, er deres kommercielle brug bare ved at tage fart takket være nye materialer, der gør dem kommercielt levedygtige,” siger Vince Caito, vicepræsident for produkt udvikling kl Yoshino Power. "Solid state skaber overskrifter, da bilproducenter udvikler dem til næste generation af elbiler."

Hvad er et solid-state lithium-batteri?

Enkelt sagt, et solid-state lithium batteri bruger en fast elektrolyt i stedet for en flydende.

"Alle batterier har tre hovedkomponenter: anode, katode og en elektrolyt," siger Gabriel Adams, en studerende ved Arizona State University, der forsker i den nye teknologi på Rolston Lab.

“I de meget populære non-solid-state lithium-batterier, der findes i alt fra forbrugerelektronik til flyvemaskiner, er elektrolytten en væske, der letter lithium-ion-overførsel mellem anoden og katode. I et solid-state lithiumbatteri er elektrolytten i stedet et fast materiale."

Der er flere slags solid-state lithium batteriteknologier. Nogle er afhængige af polymerer til at lede lithiumionerne, mens andre bruger sulfider eller oxider (keramik).

Fordele ved Solid State Lithium-batterier

Forbedret sikkerhed er en stor fordel, fordi elektrolytterne ikke kan lække ud.

»Flydende elektrolytter er brandfarlige, og det er derfor, man ser batteri udløses i nyhederne,” siger Eric D. Wachsman, Ph. D., direktør for Maryland Energy Innovation Institute.

"Vi kan udvikle os omkring det, og det har vi gjort i lang tid, men der er visse grundlæggende afvejninger mellem sikkerhed og ydeevne med flydende elektrolytter og de keramiske faste elektrolytter undgår den afvejning, fordi det faste stof er ikke-brændbar."

En anden fordel: Den højere energitæthed, hvilket resulterer i et mere kompakt og lettere batteri. Med elbiler er dette blevet udråbt som "den hellige gral", fordi det giver biler mulighed for at komme længere på en opladning og genoplade hurtigere.

For teknikerne derude, her er grunden, ifølge Adams: "Faststoffer er mere tætte end væsker, og solid state-batterier eliminerer behovet for en separator mellem anoden og katoden. De har også bedre termisk stabilitet, fordi faste stoffer er tættere bundet sammen på atomniveau, så solid-state batterier bedre kan modstå højere temperaturer."

Ulemper ved Solid-State Lithium-batterier

Den største ulempe er omkostningerne på grund af deres avancerede materialer, teknologi og fremstillingskompleksitet. Men efterhånden som disse batterier bliver mere almindelige, vil omkostningerne sandsynligvis falde.

Hvor bruges solid-state batterier?

I øjeblikket er de ikke almindeligt tilgængelige for forbrugerne, men det begynder at ændre sig. Yoshino Power har netop udgivet nogle af de første solid-state lithium-produkter: bærbare kraftværker i forskellige størrelser til backup af hjemmet, kørende elværktøj og Camping. I løbet af de næste par år forventes teknologien at begynde at storme el-markedet.

"Solid-state batterier er fremtidens vej," siger Adams. “Nye elbilsproducenter investerer massivt i deres udvikling, og virksomheder kan lide Toyota har hævdet, at deres nye elektriske køretøjer vil bruge solid-state batteriteknologi så snart 2027.”

Næsten alle andre bilproducenter har også forpligtet sig til teknologien.

"Fokus fra Department of Energy med hensyn til finansiering har været i elektriske køretøjer på grund af indvirkningen på at adressere klimaproblemer," siger Wachsman. "Men det vil gøre det til forbrugerelektronik. Det vil gøre det til netlager. Der er et ubegrænset antal applikationer til disse batterier."

Men hvis du overvejer en elbil, og du har et budget, skal du ikke vente på, at teknologien kommer ud. "Bare gå hen og få det nu," siger Wachsman. "De første bliver dyrere, og det vil vare et stykke tid, før produktionsomfanget er stort nok til, at prisen pr. enhed falder."

En freelance skribent og indiefilmproducent, Karuna Eberl dækker udendørs- og natursiden af ​​gør-det-selv, udforsker dyreliv, grøn livsstil, rejser og havearbejde for Family Handyman. Hun skriver også FH’s Eleven Percent-klumme, om dynamiske kvinder i byggeriet. Nogle af hendes andre kreditter inkluderer marts-forsiden af ​​Readers Digest, National Parks, National Geographic Channel og Atlas Obscura. Karuna og hendes mand er også på sidste stykke med at renovere et forladt hus i en næsten spøgelsesby i det landlige Colorado. Når de ikke arbejder, kan du finde dem på vandretur og rejser på bagvejen og camperer i deres selvkonverterede varevogn.