Τι είναι μια μπαταρία λιθίου στερεάς κατάστασης;

Υπάρχει υγρό μέσα στο τηλέφωνό σας, τον υπολογιστή σας και το δικό σας ηλεκτρικό όχημα (EV). Αυτό συμβαίνει επειδή σχεδόν όλα τα επαναφορτιζόμενα ηλεκτρονικά είδη χρησιμοποιούν μπαταρίες ιόντων λιθίου, που βασίζονται σε υγρούς ηλεκτρολύτες.

Αλλά αυτό πρόκειται να αλλάξει.

«Αν και οι μπαταρίες λιθίου στερεάς κατάστασης αναπτύχθηκαν πριν από περισσότερα από 30 χρόνια, η εμπορική τους χρήση μόλις απογειώνεται χάρη στα νέα υλικά που τα καθιστούν εμπορικά βιώσιμα», λέει ο Vince Caito, αντιπρόεδρος του προϊόντος ανάπτυξη σε Yoshino Power. "Το Solid-state γίνεται ιδιαίτερα πρωτοσέλιδο καθώς οι κατασκευαστές αυτοκινήτων τα αναπτύσσουν για την επόμενη γενιά EV."

Τι είναι μια μπαταρία λιθίου στερεάς κατάστασης;

Με απλά λόγια, μια μπαταρία λιθίου στερεάς κατάστασης χρησιμοποιεί έναν στερεό ηλεκτρολύτη αντί για έναν υγρό.

«Όλες οι μπαταρίες έχουν τρία κύρια συστατικά: άνοδο, κάθοδο και ηλεκτρολύτη», λέει ο Gabriel Adams, φοιτητής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα που ερευνά τη νέα τεχνολογία στο Rolston Lab.

«Στις ευρέως δημοφιλείς μπαταρίες λιθίου μη στερεάς κατάστασης που βρίσκονται σε οτιδήποτε, από ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης μέχρι αεροπλάνα, ο ηλεκτρολύτης είναι ένα υγρό που διευκολύνει τη μεταφορά ιόντων λιθίου μεταξύ της ανόδου και κάθοδος. Σε μια μπαταρία λιθίου στερεάς κατάστασης, ο ηλεκτρολύτης είναι ένα στερεό υλικό».

Υπάρχουν διάφορα είδη τεχνολογιών μπαταριών λιθίου στερεάς κατάστασης. Μερικοί βασίζονται σε πολυμερή για να αγώγουν τα ιόντα λιθίου, ενώ άλλοι χρησιμοποιούν σουλφίδια ή οξείδια (κεραμικά).

Πλεονεκτήματα των μπαταριών λιθίου στερεάς κατάστασης

Η βελτιωμένη ασφάλεια είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα, επειδή οι ηλεκτρολύτες δεν μπορούν να διαρρεύσουν.

«Οι υγροί ηλεκτρολύτες είναι εύφλεκτοι, και γι' αυτό βλέπετε ανάβει μπαταρία στις ειδήσεις», λέει ο Eric D. Wachsman, Ph. D., διευθυντής του Maryland Energy Innovation Institute.

«Μπορούμε να το κάνουμε γύρω από αυτό, και το κάνουμε αυτό εδώ και πολύ καιρό, αλλά υπάρχουν ορισμένες θεμελιώδεις αντισταθμίσεις μεταξύ της ασφάλειας Και η απόδοση με υγρούς ηλεκτρολύτες και κεραμικούς στερεούς ηλεκτρολύτες αποφεύγει αυτή την αντιστάθμιση επειδή το στερεό είναι μη εύφλεκτο."

Ένα άλλο πλεονέκτημα: Η υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, με αποτέλεσμα μια πιο συμπαγή και ελαφρύτερη μπαταρία. Με τα EV, αυτό έχει διαφημιστεί ως το «Ιερό Δισκοπότηρο», επειδή επιτρέπει στα αυτοκίνητα να πάνε μακρύτερα με χρέωση και επαναφόρτιση πιο γρήγορα.

Για τους τεχνικούς εκεί έξω, να γιατί, σύμφωνα με τον Adams: «Τα στερεά είναι πιο πυκνά από τα υγρά και οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης εξαλείφουν την ανάγκη για διαχωριστή μεταξύ της ανόδου και της καθόδου. Έχουν επίσης καλύτερη θερμική σταθερότητα επειδή τα στερεά είναι πιο στενά συνδεδεμένα μεταξύ τους σε ατομικό επίπεδο, επομένως οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης μπορούν να αντέξουν καλύτερα τις υψηλότερες θερμοκρασίες».

Μειονεκτήματα των μπαταριών λιθίου στερεάς κατάστασης

Το μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι το κόστος, λόγω των προηγμένων υλικών, της τεχνολογίας και της πολυπλοκότητας κατασκευής τους. Αλλά καθώς αυτές οι μπαταρίες γίνονται πιο συνηθισμένες, το κόστος είναι πιθανό να μειωθεί.

Πού χρησιμοποιούνται οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης;

Επί του παρόντος δεν είναι ευρέως διαθέσιμα στους καταναλωτές, αλλά αυτό έχει αρχίσει να αλλάζει. Η Yoshino Power μόλις κυκλοφόρησε μερικά από τα πρώτα προϊόντα λιθίου στερεάς κατάστασης: φορητούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας σε διάφορα μεγέθη για οικιακό αντίγραφο ασφαλείας, λειτουργία ηλεκτρικών εργαλείων και κατασκήνωση. Μέσα στα επόμενα χρόνια, η τεχνολογία αναμένεται να αρχίσει να εισβάλλει στην αγορά των EV.

«Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι ο τρόπος του μέλλοντος», λέει ο Adams. «Οι νέοι κατασκευαστές ηλεκτρικών οχημάτων επενδύουν πολλά στην ανάπτυξή τους, και οι εταιρείες όπως Η Toyota ισχυρίστηκε ότι τα νέα της ηλεκτρικά οχήματα θα χρησιμοποιούν τεχνολογία μπαταριών στερεάς κατάστασης το συντομότερο 2027.”

Σχεδόν κάθε άλλος κατασκευαστής αυτοκινήτων έχει επίσης δεσμευτεί για την τεχνολογία.

«Η εστίαση από το Υπουργείο Ενέργειας όσον αφορά τη χρηματοδότηση ήταν στα ηλεκτρικά οχήματα λόγω του αντίκτυπου στην αντιμετώπιση των κλιματικών ανησυχιών», λέει ο Wachsman. «Αλλά θα το κάνει στα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης. Θα το κάνει σε αποθήκευση πλέγματος. Υπάρχει ένας απεριόριστος αριθμός εφαρμογών για αυτές τις μπαταρίες."

Αλλά αν σκέφτεστε ένα EV και έχετε έναν προϋπολογισμό, μην περιμένετε να βγει η τεχνολογία. «Απλώς πήγαινε να το πάρεις τώρα», λέει ο Wachsman. «Οι αρχικές θα είναι πιο ακριβές και θα χρειαστεί λίγος χρόνος μέχρι να γίνει αρκετά μεγάλη η κλίμακα παραγωγής ώστε να πέσει η τιμή ανά μονάδα».

Ένας ανεξάρτητος συγγραφέας και παραγωγός ανεξάρτητων ταινιών, ο Karuna Eberl καλύπτει την ύπαιθρο και τη φύση του DIY, εξερευνώντας την άγρια ​​ζωή, την πράσινη ζωή, τα ταξίδια και την κηπουρική για το Family Handyman. Γράφει επίσης τη στήλη Eleven Percent του FH, σχετικά με τις δυναμικές γυναίκες στο εργατικό δυναμικό των κατασκευών. Μερικά από τα άλλα έργα της περιλαμβάνουν το εξώφυλλο του Μαρτίου στα Readers Digest, National Parks, National Geographic Channel και Atlas Obscura. Η Καρούνα και ο σύζυγός της βρίσκονται επίσης στην τελική ευθεία της ανακαίνισης ενός εγκαταλελειμμένου σπιτιού σε μια πόλη σχεδόν φαντάσματα στο αγροτικό Κολοράντο. Όταν δεν εργάζονται, μπορείτε να τους βρείτε να κάνουν πεζοπορία και να ταξιδεύουν στα παρασκήνια, να κατασκηνώνουν με το αυτο-μετατρεπόμενο βαν τους.