Hva er et solid state litiumbatteri?

Det er væske inne i telefonen, datamaskinen og din elektrisk kjøretøy (EV). Det er fordi nesten all oppladbar elektronikk bruker litium-ion-batterier, som er avhengige av flytende elektrolytter.

Men det er i ferd med å endre seg.

"Selv om solid-state litiumbatterier ble utviklet for mer enn 30 år siden, tar den kommersielle bruken av dem. takket være nye materialer som gjør dem kommersielt levedyktige, sier Vince Caito, visepresident for produkt utvikling kl Yoshino Power. "Solid state skaper overskrifter ettersom bilprodusenter utvikler dem for neste generasjon elbiler."

Hva er et solid-state litiumbatteri?

Enkelt sagt, et solid-state litiumbatteri bruker en solid elektrolytt i stedet for en flytende.

"Alle batterier har tre hovedkomponenter: anode, katode og en elektrolytt," sier Gabriel Adams, en student ved Arizona State University som forsker på den nye teknologien ved Rolston Lab.

"I de mye populære ikke-solid-state litiumbatteriene som finnes i alt fra forbrukerelektronikk til fly, er elektrolytten en væske som letter litium-ion-overføring mellom anoden og katode. I et solid-state litiumbatteri er elektrolytten et fast materiale i stedet."

Det finnes flere typer solid-state litiumbatteriteknologier. Noen er avhengige av polymerer for å lede litiumionene, mens andre bruker sulfider eller oksider (keramikk).

Fordeler med solid-state litiumbatterier

Forbedret sikkerhet er en stor fordel, fordi elektrolyttene ikke kan lekke ut.

"Flytende elektrolytter er brannfarlige, og det er derfor du ser det batteri branner i nyhetene, sier Eric D. Wachsman, Ph. D., direktør for Maryland Energy Innovation Institute.

"Vi kan konstruere rundt det, og har gjort det i lang tid, men det er visse grunnleggende avveininger mellom sikkerhet og ytelse med flytende elektrolytter og de keramiske faste elektrolyttene unngår den avveiningen fordi faststoffet er det ikke brennbar."

En annen fordel: Den høyere energitettheten, noe som resulterer i et mer kompakt og lettere batteri. Med elbiler har dette blitt utpekt som "den hellige gral", fordi det lar biler komme lenger på en ladning og lade opp raskere.

For teknologene der ute, her er grunnen, ifølge Adams: "Faststoffer er tettere enn væsker, og faststoffbatterier eliminerer behovet for en separator mellom anoden og katoden. De har også bedre termisk stabilitet fordi faste stoffer er tettere bundet sammen på atomnivå, så solid-state batterier kan bedre tåle høyere temperaturer."

Ulemper med solid-state litiumbatterier

Den største ulempen er kostnadene, på grunn av deres avanserte materialer, teknologi og produksjonskompleksitet. Men etter hvert som disse batteriene blir mer vanlige, vil kostnadene sannsynligvis gå ned.

Hvor brukes solid-state batterier?

Foreløpig er de ikke allment tilgjengelige for forbrukere, men det begynner å endre seg. Yoshino Power har nettopp gitt ut noen av de første solid-state litium-produktene: bærbare kraftstasjoner i ulike størrelser for backup hjemme, kjører elektroverktøy og camping. I løpet av de neste årene forventes teknologien å begynne å storme elbilmarkedet.

"Solid-state-batterier er fremtidens vei," sier Adams. "Nye elbilprodusenter investerer tungt i utviklingen deres, og det liker selskaper Toyota har hevdet at deres nye elektriske kjøretøy vil bruke solid-state batteriteknologi så snart 2027.”

Nesten alle andre bilprodusenter har også forpliktet seg til teknologien.

"Fokus fra Department of Energy når det gjelder finansiering har vært i elektriske kjøretøy på grunn av innvirkningen på å håndtere klimaproblemer," sier Wachsman. "Men det vil gjøre det til forbrukerelektronikk. Det vil gjøre det til nettlagring. Det er et ubegrenset antall applikasjoner for disse batteriene.»

Men hvis du vurderer en elbil og har et budsjett, ikke vent til teknologien kommer ut. "Bare hent den nå," sier Wachsman. "De første kommer til å bli dyrere, og det vil ta en stund før produksjonsskalaen er stor nok til at prisen per enhet synker."

En frilansskribent og indiefilmprodusent, Karuna Eberl dekker utendørs- og natursiden av DIY, og utforsker dyreliv, grønn livsstil, reise og hagearbeid for Family Handyman. Hun skriver også FHs Eleven Percent-spalte, om dynamiske kvinner i anleggsarbeidet. Noen av hennes andre studiepoeng inkluderer marscoveret til Readers Digest, National Parks, National Geographic Channel og Atlas Obscura. Karuna og mannen hennes er også på den siste delen av å pusse opp et forlatt hus i en nesten spøkelsesby på landsbygda i Colorado. Når de ikke jobber, kan du finne dem på tur og reise bakveiene, camping i sin selvkonverterte varebil.