Az akkumulátor-technológia hosszú utat tett meg az évek során. Az olyan modulok, mint a drónok és az okostelefonok, nem lennének praktikusak a fejlett, modern akkumulátor-technológia nélkül.
Az elemek azonban mindig jobbak lehetnek!
Úgy tűnik, hogy a szilárdtest-akkumulátorok jelentik a következő nagy előrelépést, és az őket használó termékek a sarkon vannak. Ez azt jelenti, hogy itt a tökéletes alkalom arra, hogy megismerkedjen azzal, hogy mik és miért fontosak.
Mit jelent a „szilárdtest”?
Legyen szó ólom savas autós akkumulátorról, alkáli eldobható elemekről vagy lítium polimer elemek egy telefonról, mindegyikük folyékony elektrolitot használ. Az elektrolit olyan vezető anyag, amely összeköti az akkumulátor két belső pólusát. Az elektronok átfolynak az elektroliton, lehetővé téve az akkumulátor számára, hogy elektromos töltést hozzon létre, vagy kisüljön.
A szilárdtest-akkumulátor szilárd elektrolitot használ a hagyományos folyékony elektrolit helyett. Ez az egyetlen alapvető különbség a két akkumulátor-technológia között. Elég egyszerűen hangzik, de a mérnökök és a tudósok évtizedek óta küzdenek egy szilárd anyag előállításáért, amely elektrolitként működhet.
Mi a nehéz a szilárdtest-akkumulátorokban?
Különböző anyagok, mint például a kerámia és a lítiumfémek, szilárd halmazállapotú elektrolitként kínálnak potenciált. A probléma az, hogy a kerámia megközelítés gyenge akkumulátor-teljesítményt eredményezett. A lítiumfémek ígéretesek, de végzetes hibával rendelkeznek. Az akkumulátor töltése és kisütése során az elektroliton keresztül fém „dendritek” nőnek. Az akkumulátor rövidzárlatot okozhat, és veszélyforrássá válhat.
Az elmúlt években több vállalat és kutatócsoport feladata volt ezekre a kérdésekre gyakorlati és gazdaságilag életképes megoldásokat találni. Ez a munka hamarosan megtérül.
Miért élje át ezt a bajt? Vizsgáljuk meg azokat az előnyöket, amelyeket a szilárdtest-akkumulátorok ígérnek a hagyományosakhoz képest.
Biztonság
Az elemek nagy mennyiségű energiát tárolnak, és mindig fennáll annak a veszélye, hogy ez az energia ellenőrizhetetlen módon szabadulhat fel. . Amikor ez megtörténik, ez tüzet, robbanásokat és más nem kívánt eredményeket jelenthet. A szilárdtest-elemek, feltéve, hogy a dendrit-probléma megoldódott, biztonságosabbnak és stabilabbnak ígérkeznek. Egyrészt nem gyúlékonyak, ezért az akkumulátorok tüzének a múlté kell, hogy legyen.
Ez nem csak az elektromos járművek, például az autók és a drónok esetében fontos, hanem a személyes elektronikához, például az okostelefonokhoz és a laptopokhoz is. Évente sok embert megsebesítenek az elektronikus kütyük akkumulátortüzei. Egész házak a földig égtek!
Töltési sebesség
A modern lítium akkumulátorok töltés lenyűgöző sebességgel képesek, de még sokáig tartanak tölteni fel. Van egy korlát, hogy mennyi energiát tölthet be egy hagyományos lítium-ion akkumulátorba, mielőtt mindez oldalra megy. A szilárdtest-akkumulátorok ígérete szerint akár hatszor gyorsabban tölthetők, mint a jelenleg használt elemek. Ez azt jelenti, hogy öt perc alatt üresen feltölti a telefont, vagy elektromos autó töltése 80% -ra 15-ben.
Energiakapacitás és méret
A lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége jelenleg a lakosság számára értékesített elemtípusok közül a legmagasabb. Mégis sokszor kevésbé sűrű, mint a benzin. Noha a szilárdtest-akkumulátorok nem hozzák egyenértékűvé az üzemanyagot, a térfogatankénti energiasűrűség több mint kétszeresét ígérik.
Más szóval, ha szilárdtest modell segítségével cserélte ki a telefon akkumulátorát, elméletileg kétszer hosszabb ideig működhet anélkül, hogy méretét növelné. Ez még egy nagy eladási pont az elektromos járművek számára, amelyek a hatótávolsági szorongásnak köszönhetően nem annyira népszerűek, mint amilyenek lehetnek.
Élettartam és tartósság
A legtöbb jelenlegi lítium-ion akkumulátor indul körülbelül 500 teljes feltöltési-kisütési ciklus után lebomlanak. Ezt követően a az akkumulátor kezdi elveszíteni kapacitását gombot addig, amíg egyáltalán alig bírja a töltést. Az okostelefonokban, amelyekben általában lezárt akkumulátorok vannak, ez kemény korlátot szab az eszköz élettartamának. A szilárdtest-akkumulátorok ígérete szerint jelentősen megnövelik ezt a határt. Akár ötször.
Tehát, ahol egy tipikus napi használatú telefon akkumulátor két-három év elteltével romlani kezd, a szilárdtest-akkumulátor névleges kapacitása legfeljebb tizenöt év maradna. Az elektromos autókban, ahol az akkumulátorok cseréje rendkívül költséges, ez drámai hatást gyakorolhat e járműosztály tulajdonosi költségeire.
Szilárdtest-akkumulátor gyengeségei
Ha mindez túl jól hangzik ahhoz, hogy igaz legyen, akkor néhány figyelmeztetés van a technológiára. Ezek némelyikét még meg kell oldani, mielőtt a szilárdtest-akkumulátor technológiát elterjedten el lehetne érni.
Mikor lehet szilárdtest-elemeket vásárolni?
Van néhány olyan vállalat, mint a Szilárd erő és a QuantumScape, amelyek azt állítják, hogy a kereskedelmi szilárdtest-akkumulátoros alkalmazások élén állnak.
A Toyota azt tervezi, hogy szilárdtest-akkumulátoros elektromos járműveket már 2021 ban elad. A Solid Power és a QuantumScape egyaránt a járművek akkumulátorainak bevezetését célozza 2022-ben, illetve 2024-ben. Ez azt jelenti, hogy az elkövetkező néhány évben egy akkumulátorforradalom kezdetén állhatunk.
Ez még azelőtt megismerkedünk a grafén használatából adódó lehetőségekkel. Ez a csodaanyag még jobb elemeket ígér, függetlenül attól, hogy folyékony vagy szilárd elektrolit van bennük. A grafén labdáztatására a vártnál hosszabb ideig kerülte el a tudósokat és a mérnököket, de már most vásárolhat egy hibrid grafén powerbank et. Valóban, itt a jövő.