Что такое твердотельная литиевая батарея?

Внутри вашего телефона, компьютера и вашего устройства есть жидкость. электромобиль (ЭВ). Это потому, что почти вся перезаряжаемая электроника использует литий-ионные аккумуляторы, которые основаны на жидких электролитах.

Но это скоро изменится.

«Хотя твердотельные литиевые батареи были разработаны более 30 лет назад, их коммерческое использование только начинается. благодаря новым материалам, которые делают их коммерчески жизнеспособными», — говорит Винс Кайто, вице-президент по продукции. развитие в Ёсино Пауэр. «Твердотельные технологии особенно привлекают внимание, поскольку автопроизводители разрабатывают их для следующего поколения электромобилей».

Что такое твердотельная литиевая батарея?

Проще говоря, в твердотельной литиевой батарее используется твердый электролит вместо жидкого.

«Все батареи состоят из трех основных компонентов: анода, катода и электролита», — говорит Габриэль Адамс, студент Университета штата Аризона, исследующий новую технологию в Университете штата Аризона. Ролстон Лаборатория.

«В широко популярных нетвердотельных литиевых батареях, которые можно найти во всем, от бытовой электроники до В самолетах электролит представляет собой жидкость, которая облегчает перенос литий-ионов между анодом и катод. В твердотельной литиевой батарее электролит представляет собой твердый материал».

Существует несколько видов технологий твердотельных литиевых батарей. Некоторые полагаются на полимеры для проведения ионов лития, в то время как другие используют сульфиды или оксиды (керамика).

Преимущества твердотельных литиевых батарей

Повышенная безопасность является одним из основных преимуществ, поскольку электролиты не могут вытечь.

«Жидкие электролиты легко воспламеняются, и именно поэтому вы видите возгорание батареи в новостях», — говорит Эрик Д. Ваксман, доктор философии, директор Мэрилендский институт энергетических инноваций.

«Мы можем обойти это и делаем это уже долгое время, но существуют определенные фундаментальные компромиссы между безопасностью и безопасностью. и производительность с жидкими электролитами и керамическими твердыми электролитами позволяют избежать этого компромисса, поскольку твердые электролиты не воспламеняется."

Еще одно преимущество: более высокая плотность энергии, что приводит к более компактному и легкому аккумулятору. В случае с электромобилями это рекламируется как «Святой Грааль», поскольку позволяет автомобилям ехать дальше на одной зарядке и перезарядка быстрее.

Для технарей, по словам Адамса, вот почему: «Твердые тела более плотны, чем жидкости, а твердотельные батареи устраняют необходимость в сепараторе между анодом и катодом. Они также обладают лучшей термической стабильностью, поскольку твердые вещества более прочно связаны друг с другом на атомном уровне, поэтому твердотельные батареи могут лучше выдерживать более высокие температуры».

Недостатки твердотельных литиевых батарей

Самым большим недостатком является стоимость из-за современных материалов, технологий и сложности производства. Но по мере того, как эти батареи станут более распространенными, их стоимость, вероятно, снизится.

Где используются твердотельные батареи?

В настоящее время они не широко доступны потребителям, но ситуация начинает меняться. Yoshino Power только что выпустила одни из первых твердотельных литиевых продуктов: портативные электростанции различных размеров для резервное копирование дома, работа с электроинструментами и Отдых на природе. Ожидается, что в течение следующих нескольких лет эта технология начнет штурмовать рынок электромобилей.

«Твердотельные батареи — это путь в будущее», — говорит Адамс. «Новые производители электромобилей вкладывают значительные средства в свое развитие, и такие компании, как Toyota заявила, что их новые электромобили будут использовать технологию твердотельных аккумуляторов, как только 2027.”

Почти все остальные производители автомобилей также взяли на себя обязательства по использованию этой технологии.

«Министерство энергетики с точки зрения финансирования сосредоточило внимание на электромобилях из-за их влияния на решение климатических проблем», — говорит Ваксман. «Но он превратится в бытовую электронику. Это превратит его в хранилище сетки. Существует безграничное количество применений этих батарей».

Но если вы подумываете об электромобиле и у вас ограниченный бюджет, не ждите появления технологии. «Просто возьми это сейчас», — говорит Ваксман. «Первоначальные будут дороже, и пройдет некоторое время, прежде чем масштабы производства станут настолько большими, что цена за единицу упадет».

Каруна Эберл, писатель-фрилансер и независимый кинопродюсер, рассказывает о природе и аспектах DIY, исследуя дикую природу, экологический образ жизни, путешествия и садоводство для Family Handyman. Она также ведет колонку FH «Одиннадцать процентов», посвященную динамичным женщинам, работающим в строительстве. Некоторые из ее других работ включают мартовскую обложку Readers Digest, National Parks, National Geographic Channel и Atlas Obscura. Каруна и ее муж также находятся на последнем этапе ремонта заброшенного дома в городе-призраке в сельской местности Колорадо. Когда они не работают, вы можете найти их в походах и путешествиях по проселочным дорогам, разбивая палатки в своем самостоятельно переоборудованном фургоне.