Kas ir cietvielu akumulators un vai tās atrisinās mūsu bateriju ekspluatācijas problēmas?

Mobilā tehnoloģija eksponenciāli palielinās, bet akumulatora tehnoloģija nepaliek. Mēs sasniedzam fizisko limitu, ko var paveikt parastie litija jonu un litija polimēru modeļi. Risinājums varētu būt kaut kas, ko sauc par cietvielu.

Kas ir cietvielu akumulators?

Parastā akumulatora konstrukcijā visbiežāk tiek izmantoti divi litija jonu cietie metāla elektrodi ar šķidro litija sāli, kas darbojas kā elektrolīts. Jonu daļiņas pārvietojas no viena elektroda (katoda) uz otru (anodu) kā akumulatora uzlādes un atpakaļgaitā, kad tas izlādējas. Šķidrais litija sāls elektrolīts ir vide, kas ļauj šo kustību. Ja esat kādreiz redzējis akumulatoru koroziju vai nokļuvis punkcijā, „akumulatora skābe”, kas izplūst (vai dažreiz eksplodē), ir šķidrais elektrolīts.

Cietvielu akumulatorā gan pozitīvie, gan negatīvie elektrodi un to elektrolīts ir cietie metāla, sakausējuma vai cita sintētiska materiāla gabali. Termins “cietā stāvoklī” varētu atgādināt par SSD datu diskdziņiem, un tā nav nejaušība. Cietvielu atmiņas diskdziņi izmanto zibatmiņu, kas nepārvietojas, nevis standarta cietajā diskā, kas glabā datus uz vērpšanas magnētiskā diska, ko darbina tiny motors.

Lai gan ideja par cietvielu baterijām ir bijusi jau gadu desmitiem, to attīstība ir sākusies, ko pašlaik veicina elektronikas uzņēmumu, automobiļu ražotāju un vispārējo rūpniecības pakalpojumu sniedzēju ieguldījumi..

Kas ir labāks par cietvielu baterijām?

Cietvielu baterijas dod dažas atšķirīgas priekšrocības salīdzinājumā ar šķidrumu pildītiem brālēniem: labāks akumulatora darbības laiks, ātrāks uzlādes laiks un drošāka pieredze.

Cietvielu baterijas saspiež anodu, katodu un elektrolītu trīs plakanos slāņos, nevis elektrodus suspendē šķidrā elektrolītā. Tas nozīmē, ka jūs varat padarīt tos mazākus vai vismaz līdzenākus, turot tikpat daudz enerģijas kā lielāks šķidruma akumulators. Tātad, ja jūs nomaināt litija jonu vai litija polimēru akumulatoru tālrunī vai klēpjdatorā ar tāda paša izmēra cietā akumulatora bateriju, tas saņem daudz ilgāku maksu. Alternatīvi, jūs varat izveidot ierīci, kurai ir tāda pati maksa daudz mazākā vai plānākā.

Cietvielu baterijas ir arī drošākas, jo nav toksisku, uzliesmojošu šķidrumu, lai izšļakstītos, un tās neizdala tik daudz siltuma kā parastās uzlādējamās baterijas. Ja tās tiek izmantotas baterijām, kas baro strāvas elektroniku vai pat elektriskās automašīnas, tās var uzlādēt daudz ātrāk, pārāk daudz jonu varētu pārvietoties daudz ātrāk no katoda līdz anodam.

Saskaņā ar jaunākajiem pētījumiem cietvielas akumulators varētu parastos akumulatorus pārspēt par 500% vai vairāk no jaudas viedokļa un uzlādēt līdz desmitdaļai laika.

Kādi ir trūkumi?

Tā kā cietvielu baterijas ir jauna tehnoloģija, tās ir ļoti dārgas ražot. Tik dārgi, faktiski, ka rakstīšanas brīdī tie nav uzstādīti nevienā lielā elektronikā. 2012. gadā Floridas universitātes programmatūras analīzes un uzlaboto materiālu apstrādes nodaļas analītiķi lēš, ka tipisks mobilā telefona izmēra cietais akumulators ražotu aptuveni 15 000 ASV dolāru. Viens pietiekami liels, lai darbinātu elektrisko automašīnu, izmaksātu $ 100,000.

Padarot cietā baterija pietiekami lielu, lai tālrunis izmaksātu tūkstošiem dolāru šodien.

Daļa no tā ir tāpēc, ka apjomradīti ietaupījumi nav pieejami - katru gadu šobrīd notiek simtiem miljonu uzlādējamu bateriju, tāpēc materiālu un iekārtu ražošanas izmaksas tiek sadalītas lielās piegādes līnijās. Ir tikai daži uzņēmumi un universitātes, kas pēta cietvielu baterijas, tāpēc katra ražojuma izgatavošanas izmaksas ir astronomijas.

Vēl viens jautājums ir materiāli. Lai gan dažādu metālu, sakausējumu un metālu sāļu īpašības, ko izmanto parastajās uzlādējamajās baterijās, ir labi zināmas, mēs šobrīd nezinām labāko ķīmisko un atomu sastāvu cietajam elektrolītam starp metāla anodiem un katodiem. Pašreizējie pētījumi to sašaurina, bet mums ir jāapkopo ticamāki dati, pirms mēs varam apkopot vai sintezēt materiālus un ieguldīt ražošanas procesos..

Kad es varēšu izmantot cietvielu akumulatoru?

Tāpat kā ar visām jaunajām tehnoloģijām, mēģināt noskaidrot, kad jūs saņemsiet savas rokas, ir uzminēt vislabāk.

Tas ir iepriecinoši, ka daudzas milzīgas korporācijas iegulda pētījumos, kas vajadzīgi, lai cietvielu baterijas nonāktu patērētāju tirgū, taču kautrīgam tuvākajā nākotnē ir liels sasniegums, ir grūti pateikt, vai būs liels solis uz priekšu. Vismaz viens automobiļu uzņēmums saka, ka būs gatavs to ievietot transportlīdzeklī līdz 2023. gadam, bet nav uzminējis, cik daudz šīs automašīnas varētu maksāt. Pieci gadi šķiet pārāk optimistiski; desmit gadi, šķiet, visticamāk. Pirms materiālu nokārtošanas un ražošanas procesu izstrādes var būt divdesmit vai vairāk gadi.

Bet, kā mēs teicām raksta sākumā, parastā bateriju tehnoloģija sāk sabojāt sienu. Un nav nekas cits kā potenciāls pārdošana, lai veicinātu pētniecību un attīstību. Tas ir vismaz nedaudz (ļoti, ļoti maz) iespējams, ka jūs, iespējams, varēsiet izmantot sīkrīku vai vadīt automašīnu, ko darbina ar cietvielu bateriju.

Attēla kredīts: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock