Садржај

• Уштеда простора
• Дужи векови трајања
• Типови електролита у чврстом стању
• Танке фолије
• Веће, скупље батерије
• Високо проводљив
• Упаковати

Пре неколико недеља Крис нас је упознао са темом солид-стате батерије и како би они могли бити следећи велики напредак у технологији батерија паметних телефона. Укратко, чврсте батерије су сигурније, могу да садрже више сока и могу се користити за још тање уређаје. Нажалост, тренутно их је скупо стављати у ћелије паметних телефона средње величине, али то би се могло променити у наредним годинама.

Дакле, ако се питате шта је тачно батерија и како се разликују од данашњих литијум-јонских ћелија, прочитајте даље.

Кључна разлика између најчешће коришћене литијум-јонске батерије и батерије чврстог стања је та што прва користи течни електролитички раствор да регулише проток струје, док се ССД батерије одлучују за чврсти електролит. Електролит батерије је проводљива хемијска смеша која омогућава проток струје између аноде и катоде.

Солид-баттери батерије и даље раде на исти начин као и тренутне батерије, али промена материјала мења неке атрибуте батерије, укључујући максимални капацитет складиштења, време пуњења, величину и сигурност.

Струја унутар батерије пролази између аноде и катоде кроз проводни електролит, док се сепаратори користе за спречавање кратког споја.

Уштеда простора

Непосредна предност преласка са течног на чврсти електролит је та што се густина енергије батерије може повећати. То је зато што уместо да захтевају велике сепараторе између течних ћелија, чврстим батеријама су потребне само врло танке баријере да се спречи кратки спој.

Солид-стате батерије могу да потроше двоструко више енергије од Ли-иона

Конвенционални сепаратори натопљени у течност, долазе са дебљином од 20-30 микрона. Солид-стате технологија може да смањи сепараторе до 3-4 микрона, што је отприлике 7-пута веће уштеде простора само пребацивањем материјала.

Међутим, ови сепаратори нису једина компонента унутар батерије и остали се битови не могу толико смањити, постављајући ограничење на потенцијал за уштеду простора на чврстим батеријама.

Упркос томе, солид-стате батерије могу пунити и до двоструко више енергије него Ли-ион, ако замените аноду и мањом алтернативом.

Дужи векови трајања

Електролити у чврстом стању су обично мање реактивни од данашњих течности или гела, па се може очекивати да ће трајати много дуже и неће требати замену након само 2 или 3 године. То такође значи да ове батерије неће експлодирати или се запалити ако су оштећене или пате од оштећења у производњи, што значи да су сигурнији производи за потрошаче.

Батерије за чврсто стање не експлодирају или се запале ако су оштећене или имају оштећења у производњи.

У тренутним паметним телефонима, заменљиве батерије често су тражене за оне који исти телефон користе дуги низ година, јер се могу заменити када се покрену.

Батерије паметних телефона често не држе напуњене ни после годину дана па чак могу узроковати да хардвер постане нестабилан, ресетује се или чак престане са радом након неколико година употребе. Са солид-стате батеријама, паметни телефони и други уређаји могу трајати много дуже без потребе за заменом ћелија.

Постоји пуно чврстих хемијских једињења која би се могла користити у батеријама, а не само у једном.

Разговор између течности и чврстих батерија је ипак превише поједностављење теме, јер постоји пуно чврстих хемијских једињења која се могу користити у батеријама, а не само у једном.

Типови електролита у чврстом стању

Постоји осам различитих главних категорија солид-стате батерије, од којих свака користи различите материјале за електролит. То су Ли-Халиде, Перовските, Ли-Хидриди, НАСИЦОН-ови, Гранат, Аргиродите, ЛиПОН и ЛИСИЦОН-ови.

Док се још увек бавимо новом технологијом, истраживачи се још увек суочавају са најбољим врстама чврстог електролита који се користе за различите категорије производа. Још увек ниједна није изашла као јасни лидери, али ћелије на бази сулфида, ЛиПОН и Гарнет тренутно се сматрају најперспективнијим.

Вероватно ћете приметити да многи од ових типова и даље садрже неки литијум (Ли), јер они и даље користе литијумске електроде. Али многи се одлучују за нове анодне и катодне електроде како би побољшали перформансе.

Танке фолије

Чак и код чврстог стања акумулатора, постоје две подврста јасно изрезане - танки филм и расути. Један од најуспешнијих типова танких филмова који је већ на тржишту је ЛиПОН, који већина произвођача производи са литијумском анодом.

ЛиПОН електролит нуди одличне атрибуте тежине, дебљине, па чак и флексибилности, што га чини обећавајућим типом ћелија за носиве електронике и уређаје за које су потребне мале ћелије. Враћајући се теми дуготрајнијих ћелија, ЛиПОН је такође показао одличну стабилност са само 5% смањењем капацитета након 40.000 циклуса набоја.

ЛиПОН батерије могу трајати било где од 40 до 130 пута дуже од Ли-ион батерија пре него што им затребају.

За поређење, литијум-јонске батерије нуде само између 300 и 1000 циклуса пре него што покажу сличан или већи пад капацитета. То значи да би ЛиПОН батерије могле да трају било где од 40 до 130 пута дуже од Ли-ион батерија пре него што им је потребна замена.

Недостатак ЛиПОН-а је да су његови укупни капацитети за складиштење и проводљивост енергије прилично лоши у поређењу. Међутим, алтернативне чврсте технологије батерија могу бити кључ за продуљење времена трајања батерије за паметне сатове, што одређени број купаца тренутно спречава да одаберу носиву.

Веће, скупље батерије

До сада, чврсто стање батерије нису још погодне за веће ћелије које се налазе у паметним телефонима и таблетима, а камоли за лаптоп или електричне аутомобиле. За веће масивне батерије са већим капацитетом потребна је врхунска проводљивост која се приближава или одговара течним електролитима, што искључује обећавајуће технологије попут ЛиПОН-а. Јонска проводљивост мери способност јона да се креће кроз материјал, а добра проводљивост је захтев већих ћелија да се обезбеди потребна струја.

ЛИСИЦОН и ЛиПС претекли су истраживања на ЛиПО, ЛиС и СиС батеријама, претходним лидерима на пољу чврстог стања. Међутим, ове врсте и даље трпе нижу проводљивост од органских и течних електролита на собној температури, што их чини непрактичним за комерцијалне производе.

Високо проводљив

Овде долази до истраживања електролита гранат-оксида (ЛЛЗО), јер се он може похвалити високом јонском проводљивошћу на собној температури.

Овај материјал постиже провод који тек нешто заостаје за резултатима које нуде течне литијум-јонске ћелије, а нове студије ЛГПС-а сугерирају да би се овај материјал могао чак и ускладити.

То би значило да су батерије чврстог стања отприлике једнаке снаге и капацитета као данашње ћелије за Ли-ион, док виђење користи као што су смањена величина и дужи век постају стварност.

Гранат је такође стабилан у ваздуху и води, што га чини погодним и за Ли-Аир батерије. Нажалост, мора да буде произведен скупоцјеним поступком синтеровања.

Ово га чини непривлачним предлогом за употребу у потрошачким батеријама у поређењу са ниским трошковима литијум-јонских ћелија. У будућности ће вероватно падати трошкови како се технике прераде дорадјују, али још увек смо удаљени од комерцијално одрживе батерије.

Упаковати

Очигледно је да постоји још пуно текућих истраживања технологије чврстих стања батерија. Нећемо видети како зреле ћелије упадају у потрошачке производе попут паметних телефона још 4 или 5 година, према најранијим предвиђањима. Солид-стате батерије у другим уређајима (попут дронова) могу се појавити већ следеће године.

Ипак, најновије истраживање коначно даје резултате који се могу надметати са постојећим лијо-ионским батеријама у погледу атрибута, истовремено пружајући предности чврстим електролитима. Све што нам треба је да сазрију производни процеси, а постоји велики број великих и надолазећих произвођача батерија са ресурсима који ће ово остварити.

Укратко, кључне предности свих ових хемијских разлика са становишта потрошача су: до 6 пута брже пуњење, до двоструко веће густине енергије, дужи век циклуса до 10 година у поређењу са 2, и без запаљивих компоненти. То ће сигурно бити благодат за паметне телефоне и друге преносиве уређаје.