מהי סוללת ליתיום מוצק?

יש נוזל בתוך הטלפון שלך, המחשב שלך ושלך רכב חשמלי (EV). הסיבה לכך היא שכמעט כל מוצרי אלקטרוניקה נטענים משתמשים בטריות ליתיום, המסתמכים על אלקטרוליטים נוזליים.

אבל זה עומד להשתנות.

"למרות שסוללות ליתיום מוצק פותחו לפני יותר מ-30 שנה, השימוש המסחרי שלהן רק ממריא הודות לחומרים חדשים שהופכים אותם לכדאיים מבחינה מסחרית", אומר וינס קאיטו, סגן נשיא למוצר פיתוח ב יושינו פאוור. "מצב מוצק זוכה לכותרות במיוחד כאשר יצרני רכב מפתחים אותם עבור הדור הבא של רכבי החשמל".

מהי סוללת ליתיום מוצק?

במילים פשוטות, סוללת ליתיום במצב מוצק משתמשת באלקטרוליט מוצק במקום נוזלי.

"לכל הסוללות יש שלושה מרכיבים עיקריים: אנודה, קתודה ואלקטרוליט", אומר גבריאל אדמס, סטודנט באוניברסיטת אריזונה סטייט החוקר את הטכנולוגיה החדשה ב- מעבדת רולסטון.

"בסוללות ליתיום ללא מצב מוצק, הפופולריות ביותר, שנמצאות בכל דבר, החל ממוצרי אלקטרוניקה ועד מטוסים, האלקטרוליט הוא נוזל המאפשר העברת ליתיום-יון בין האנודה ל קָטוֹדָה. בסוללת ליתיום מוצק, האלקטרוליט הוא חומר מוצק במקום זאת."

ישנם מספר סוגים של טכנולוגיות סוללת ליתיום במצב מוצק. חלקם מסתמכים על פולימרים כדי להוביל את יוני הליתיום, בעוד שאחרים משתמשים בסולפידים או תחמוצות (קרמיקה).

היתרונות של סוללות ליתיום מוצק

בטיחות משופרת היא יתרון מרכזי אחד, מכיוון שהאלקטרוליטים אינם יכולים לדלוף החוצה.

"אלקטרוליטים נוזליים הם דליקים, וזו הסיבה שאתה רואה סוללה שריפות בחדשות", אומר אריק ד. וקסמן, Ph. D., מנהל ה- המכון לחדשנות אנרגיה במרילנד.

"אנחנו יכולים להנדס סביב זה, ועשינו את זה כבר הרבה זמן, אבל יש פשרות בסיסיות בין בטיחות וביצועים עם אלקטרוליטים נוזליים ואלקטרוליטים מוצקים קרמיים נמנעים מהפשרה הזו מכיוון שהמוצק כן בלתי דליק."

יתרון נוסף: צפיפות האנרגיה הגבוהה יותר, וכתוצאה מכך סוללה קומפקטית וקלה יותר. עם רכבי EV, זה הוגדר כ"הגביע הקדוש", מכיוון שהוא מאפשר למכוניות להגיע רחוק יותר בטעינה ו להטעין מחדש יותר מהר.

עבור אנשי הטכנולוגיה שם בחוץ, הנה הסיבה, לדברי אדמס: "המוצקים צפופים יותר מנוזלים, וסוללות במצב מוצק מבטלות את הצורך במפריד בין האנודה לקתודה. יש להם גם יציבות תרמית טובה יותר מכיוון שמוצקים קשורים זה לזה בצורה הדוקה יותר ברמה האטומית, כך שסוללות מצב מוצק יכולות לעמוד טוב יותר בטמפרטורות גבוהות יותר".

חסרונות של סוללות ליתיום מוצק

החיסרון הגדול ביותר הוא העלות, בשל החומרים המתקדמים, הטכנולוגיה ומורכבות הייצור שלהם. אך ככל שהסוללות הללו הופכות נפוצות יותר, העלויות צפויות לרדת.

היכן משתמשים בסוללות מוצק?

כרגע הם לא זמינים באופן נרחב לצרכנים, אבל זה מתחיל להשתנות. Yoshino Power הוציאה רק כמה ממוצרי הליתיום הראשונים במצב מוצק: תחנות כוח ניידות בגדלים שונים עבור גיבוי ביתי, הפעלת כלים חשמליים ו קֶמפִּינג. במהלך השנים הקרובות, הטכנולוגיה צפויה להתחיל להסתער על שוק החשמל.

"סוללות במצב מוצק הן הדרך של העתיד", אומר אדמס. "יצרניות רכב חשמלי חדש משקיעות רבות בפיתוח שלהן, וחברות אוהבות טויוטה טענו כי כלי הרכב החשמליים החדשים שלהם ישתמשו בטכנולוגיית סוללות מוצק בהקדם 2027.”

כמעט כל יצרן רכב אחר התחייב גם הוא כלפי הטכנולוגיה.

"הפוקוס של משרד האנרגיה מבחינת מימון היה בכלי רכב חשמליים בגלל ההשפעה על טיפול בדאגות האקלים", אומר וקסמן. "אבל זה יגיע לאלקטרוניקה צריכה. זה יהפוך אותו לאחסון רשת. יש מספר בלתי מוגבל של יישומים עבור הסוללות האלה."

אבל אם אתה שוקל EV ויש לך תקציב, אל תחכה שהטכנולוגיה תצא לאור. "רק לך תביא את זה עכשיו," אומר וקסמן. "הראשונים יהיו יקרים יותר, ויעבור זמן עד שהיקף הייצור יהיה גדול מספיק כדי שהמחיר ליחידה יירד".

כותבת עצמאית ומפיקת סרטי אינדי, Karuna Eberl מכסה את הצד החיצוני והטבע של עשה זאת בעצמך, חוקרת חיות בר, חיים ירוקים, טיולים וגינון עבור Family Handyman. היא גם כותבת את הטור אחד עשר האחוזים של FH, על נשים דינמיות בכוח העבודה בבנייה. חלק מהקרדיטים האחרים שלה כוללים את שער מרץ של Readers Digest, National Parks, National Geographic Channel ו-Atlas Obscura. קארונה ובעלה נמצאים גם הם בשלב האחרון של שיפוץ בית נטוש בעיירת רפאים כמעט בכפר קולורדו. כשהם לא עובדים, אתה יכול למצוא אותם מטיילים ונוסעים בדרכים אחוריות, קמפינג בטנדר שהסבה את עצמם.