Što je Solid-State baterija i hoće li riješiti naše probleme s baterijom?

Mobilna tehnologija eksponencijalno raste, ali tehnologija baterija ne ide u korak. Stižemo do fizičkih granica onoga što konvencionalni dizajni litij-ion i litij-polimer mogu učiniti. Rješenje bi moglo biti nešto što se zove solid-state baterija.

Što je solid-state baterija?

U konvencionalnoj izvedbi baterija najčešće se koriste litij-ionske-dvije čvrste metalne elektrode s tekućom litijevom soli koja djeluje kao elektrolit. Ionske čestice se kreću od jedne elektrode (katode) do druge (anode) kako se baterija puni, a obrnuto dok se prazni. Elektrolit tekuće litijeve soli je medij koji dopušta taj pokret. Ako ste ikada vidjeli da baterija nagriza ili se probuši, "kiselina iz akumulatora" koja istječe (ili ponekad eksplodira) je tekući elektrolit.

U poluvodičkoj bateriji, i pozitivne i negativne elektrode i elektrolit između njih su čvrsti komadi metala, legure ili nekog drugog sintetičkog materijala. Izraz "solid-state" može vas podsjetiti na SSD pogone podataka, a to nije slučajnost. Solid-state pogoni za pohranu koriste flash memoriju, koja se ne pomiče, za razliku od standardnog tvrdog diska koji pohranjuje podatke na rotirajući magnetni disk koji pokreće mali motor.

Iako je ideja o poluvodičkim baterijama prisutna već desetljećima, napredak u njihovom razvoju tek počinje, trenutno potaknut ulaganjima elektroničkih tvrtki, proizvođača automobila i općih industrijskih proizvođača..

Što je bolje kod poluvodičkih baterija?

Poluvodičke baterije obećavaju nekoliko različitih prednosti u odnosu na njihove rođake ispunjene tekućinom: bolji vijek trajanja baterije, brže vrijeme punjenja i sigurnije iskustvo.

Krute baterije komprimiraju anodu, katodu i elektrolit u tri ravna sloja umjesto da se elektrode suspendiraju u tekućem elektrolitu. To znači da ih možete učiniti manjim ili barem ravnim - dok držite toliko energije kao i veća baterija na bazi tekućine. Dakle, ako ste litij-ionsku ili litij-polimersku bateriju u telefonu ili prijenosnom računalu zamijenili istom veličinom u čvrstom stanju, dobili biste mnogo duže punjenje. Alternativno, možete napraviti uređaj koji drži isti naboj mnogo manji ili tanji.

Solid-state baterije su također sigurnije, jer nema otrovne, zapaljive tekućine za prosipanje, a ne ispuštaju toliko topline kao konvencionalne punjive baterije. Kada se primjenjuju na baterije koje pokreću strujnu elektroniku ili čak električne automobile, one se mogu puniti mnogo brže, ai ioni se mogu brže kretati od katode do anode.

Prema najnovijim istraživanjima, solid-state baterija može nadmašiti konvencionalne punjive baterije za 500% ili više u smislu kapaciteta i napuniti se za desetinu vremena.

Što su nedostaci?

Budući da su poluvodičke baterije nova tehnologija, one su nevjerojatno skupe za proizvodnju. U stvari, toliko su skupi da u vrijeme pisanja nisu instalirani ni u jednoj većoj elektroničkoj potrošnji. Godine 2012. analitičari koji su pisali za Odjel za analizu softvera Sveučilišta na Floridi i Odjel za obradu naprednih materijala procjenjuju da će tipična baterija u čvrstom stanju veličine mobitela koštati oko 15.000 dolara za proizvodnju. Dovoljno velik za električni automobil koštao bi 100.000 dolara.

Izrada solid-state baterija dovoljno velika za napajanje vašeg telefona danas košta tisuće dolara.

Dio toga je zbog toga što ekonomija razmjera nije na mjestu - stotine milijuna punjivih baterija se proizvode svake godine, tako da su troškovi proizvodnje materijala i opreme rašireni preko velikih linija opskrbe. Postoji samo nekoliko tvrtki i sveučilišta koji istražuju poluvodičke baterije, tako da je trošak proizvodnje svakog od njih astronomski.

Drugi problem su materijali. Iako su svojstva raznih metala, legura i metalnih soli za konvencionalne punjive baterije dobro poznata, trenutno ne znamo najbolji kemijski i atomski sastav čvrstog elektrolita između metalnih anoda i katoda. Sadašnja istraživanja to sužavaju, ali moramo prikupiti pouzdanije podatke prije nego što možemo prikupiti ili sintetizirati materijale i ulagati u proizvodne procese.

Kada ću dobiti Solid-State bateriju?

Kao i kod svih tehnologija u nastajanju, pokušavajući shvatiti kada ćete dobiti ruke, to je u najboljem slučaju nagađanje.

Ohrabrujuće je to što mnoge ogromne korporacije ulažu u istraživanja koja su potrebna da bi se solid-state baterije dovele na potrošačko tržište, ali stidljivo od velikog napretka u bliskoj budućnosti, teško je reći hoće li biti velik korak naprijed. Barem jedna tvrtka za proizvodnju automobila kaže da će biti spremna staviti vozilo u vozilo do 2023. godine, ali ne zna koliko bi taj automobil mogao koštati. Pet godina izgleda pretjerano optimistično; deset godina izgleda vjerojatnije. Moglo bi proći dvadeset godina ili više prije nego što se materijali riješe i proizvedu proizvodni procesi.

No, kao što smo rekli na početku članka, konvencionalna tehnologija baterija počinje udarati u zid. Ništa od potencijalne prodaje ne potiče istraživanje i razvoj. To je barem malo (vrlo, vrlo malo) moguće da ćete uskoro moći koristiti gadget ili voziti automobil napajan pomoću poluvodičke baterije..

Image kredit: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock