แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตคืออะไร?

มีของเหลวอยู่ในโทรศัพท์ คอมพิวเตอร์ และของคุณ ยานพาหนะไฟฟ้า (อีวี). นั่นเป็นเพราะว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบชาร์จไฟได้เกือบทั้งหมดใช้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งอาศัยอิเล็กโทรไลต์เหลว

แต่นั่นกำลังจะเปลี่ยนไป

“แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตจะได้รับการพัฒนาเมื่อ 30 กว่าปีที่แล้ว แต่การใช้งานเชิงพาณิชย์ก็เพิ่งเริ่มต้นขึ้น ต้องขอบคุณวัสดุใหม่ๆ ที่ทำให้พวกมันสามารถนำไปใช้ได้ในเชิงพาณิชย์” Vince Caito รองประธานฝ่ายผลิตภัณฑ์กล่าว การพัฒนาที่ โยชิโนะ พาวเวอร์. “Solid-state กำลังกลายเป็นหัวข้อข่าวโดยเฉพาะอย่างยิ่ง เนื่องจากผู้ผลิตรถยนต์พัฒนาสิ่งเหล่านี้สำหรับ EV รุ่นต่อไป”

แบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตคืออะไร?

กล่าวง่ายๆ ก็คือแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งแทนของเหลว

“แบตเตอรี่ทั้งหมดมีส่วนประกอบหลักสามส่วน ได้แก่ แอโนด แคโทด และอิเล็กโทรไลต์” Gabriel Adams นักศึกษาจากมหาวิทยาลัยรัฐแอริโซนาที่กำลังค้นคว้าเทคโนโลยีใหม่ที่

โรลส์ตัน แล็บ.

“ในแบตเตอรี่ลิเธียมที่ไม่ใช่โซลิดสเตตที่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวาง พบได้ในทุกสิ่งตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคไปจนถึง อิเล็กโทรไลต์เป็นของเหลวที่ช่วยถ่ายโอนลิเธียมไอออนระหว่างขั้วบวกและ แคโทด. ในแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต อิเล็กโทรไลต์จะเป็นวัสดุแข็งแทน”

มีเทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตตหลายประเภท บางชนิดอาศัยโพลีเมอร์เพื่อนำลิเธียมไอออน ในขณะที่บางชนิดใช้ซัลไฟด์หรือออกไซด์ (เซรามิก)

ข้อดีของแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต

ความปลอดภัยที่ได้รับการปรับปรุงเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญประการหนึ่ง เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์ไม่สามารถรั่วไหลออกมาได้

“อิเล็กโทรไลต์เหลวติดไฟได้ และนั่นคือสาเหตุที่คุณเห็น ไฟไหม้แบตเตอรี่ ในข่าว” Eric D. กล่าว ดร.วัชมาน ผู้อำนวยการ กศน สถาบันนวัตกรรมพลังงานแมริแลนด์.

“เราสามารถออกแบบมันได้ และทำแบบนั้นมาเป็นเวลานานแล้ว แต่ก็มีข้อแลกเปลี่ยนพื้นฐานบางประการระหว่างความปลอดภัย และประสิทธิภาพการทำงานของอิเล็กโทรไลต์ของเหลวและอิเล็กโทรไลต์ของแข็งแบบเซรามิกจะหลีกเลี่ยงข้อดีดังกล่าวได้เนื่องจากเป็นของแข็ง ไม่ติดไฟ”

ข้อดีอีกประการหนึ่ง: ความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้น ส่งผลให้แบตเตอรี่มีขนาดกะทัดรัดและเบาขึ้น สำหรับ EVs สิ่งนี้ได้รับการขนานนามว่าเป็น "จอกศักดิ์สิทธิ์" เพราะช่วยให้รถยนต์ไปได้ไกลขึ้นโดยชาร์จและ เติมเงิน เร็วกว่านี้.

สำหรับนักเทคโนโลยีที่มีอยู่ นี่คือเหตุผลว่าทำไม Adams กล่าว: “ของแข็งมีความหนาแน่นมากกว่าของเหลว และแบตเตอรี่โซลิดสเตตไม่จำเป็นต้องใช้ตัวคั่นระหว่างแอโนดและแคโทด อีกทั้งยังมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีกว่า เนื่องจากของแข็งจะเกาะติดกันแน่นกว่าในระดับอะตอม ดังนั้นแบตเตอรี่โซลิดสเตตจึงสามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่าได้ดีกว่า”

ข้อเสียของแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต

ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดคือต้นทุน เนื่องจากวัสดุ เทคโนโลยี และความซับซ้อนในการผลิตขั้นสูง แต่เมื่อแบตเตอรี่เหล่านี้แพร่หลายมากขึ้น ค่าใช้จ่ายก็มีแนวโน้มที่จะลดลง

แบตเตอรี่โซลิดสเตตถูกใช้ที่ไหน?

ขณะนี้ยังไม่มีให้บริการแก่ผู้บริโภคอย่างกว้างขวาง แต่นั่นกำลังเริ่มเปลี่ยนแปลง Yoshino Power เพิ่งเปิดตัวผลิตภัณฑ์ลิเธียมโซลิดสเตตแรกๆ บางส่วน: โรงไฟฟ้าแบบพกพา ในขนาดต่างๆสำหรับ การสำรองข้อมูลภายในบ้าน การใช้เครื่องมือไฟฟ้า และ ตั้งแคมป์. ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เทคโนโลยีนี้คาดว่าจะเริ่มบุกตลาดรถยนต์ไฟฟ้า

“แบตเตอรี่โซลิดสเตตคือหนทางแห่งอนาคต” อดัมส์กล่าว “ผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้ารายใหม่ลงทุนมหาศาลในการพัฒนา และบริษัทต่างๆ ทำนองนี้ โตโยต้าอ้างว่ารถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่จะใช้เทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตตทันที 2027.”

ผู้ผลิตรถยนต์รายอื่นๆ เกือบทุกรายต่างให้คำมั่นสัญญาต่อเทคโนโลยีนี้เช่นกัน

“กระทรวงพลังงานให้ความสำคัญกับการจัดหาเงินทุนในรถยนต์ไฟฟ้า เนื่องจากมีผลกระทบต่อการจัดการข้อกังวลด้านสภาพภูมิอากาศ” Wachsman กล่าว “แต่มันจะกลายมาเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค มันจะทำให้กลายเป็นที่เก็บกริด มีการใช้งานแบตเตอรี่เหล่านี้ได้ไม่จำกัดจำนวน”

แต่หากคุณกำลังพิจารณารถยนต์ไฟฟ้าและมีงบจำกัด อย่ารอให้เทคโนโลยีนี้ออกมา “ไปเอามันเดี๋ยวนี้” Wachsman กล่าว “สินค้าเริ่มแรกจะมีราคาแพงกว่า และต้องใช้เวลาสักพักก่อนที่ขนาดการผลิตจะใหญ่พอที่ราคาต่อหน่วยจะลดลง”

Karuna Eberl นักเขียนอิสระและโปรดิวเซอร์ภาพยนตร์อินดี้ครอบคลุมกิจกรรมกลางแจ้งและธรรมชาติของ DIY สำรวจสัตว์ป่า ชีวิตสีเขียว การเดินทาง และการทำสวนสำหรับ Family Handyman เธอยังเขียนคอลัมน์ Eleven Percent ของ FH เกี่ยวกับผู้หญิงที่มีพลังในงานก่อสร้าง ผลงานอื่นๆ ของเธอได้แก่ปก Readers Digest ฉบับเดือนมีนาคม, อุทยานแห่งชาติ, National Geographic Channel และ Atlas Obscura คารูนาและสามีของเธออยู่ในขั้นตอนสุดท้ายของการปรับปรุงบ้านร้างในเมืองที่ใกล้จะรกร้างในแถบชนบทของโคโลราโด เมื่อพวกเขาไม่ได้ทำงาน คุณจะพบว่าพวกเขาเดินป่าและเดินทางตามทางกลับ ตั้งแคมป์ในรถตู้แปลงสภาพของพวกเขาเอง