Saturs

• Vietas taupīšana
• Ilgāks dzīves posms
• Cietvielu elektrolītu veidi
• Plānas plēves baterijas
• Lielākas, apjomīgākas baterijas
• Ļoti vadītspējīgs
• Satīt

Pirms pāris nedēļām Krišs iepazīstināja mūs ar cietvielu akumulatoru tēmu un to, kā tie varētu būt nākamais nozīmīgais viedtālruņu akumulatoru tehnoloģijas sasniegums. Īsāk sakot, cietvielu baterijas ir drošākas, tajās var ievietot vairāk sulas un tās var izmantot pat plānākām ierīcēm. Diemžēl šobrīd ir pārlieku dārgi ievietot vidēja lieluma viedtālruņu šūnās, taču tas varētu mainīties nākamajos gados.

Tātad, ja jums ir radies jautājums, kas īsti ir cietvielu akumulators un kā tas atšķiras no mūsdienu litija jonu elementiem, lasiet tālāk.

Galvenā atšķirība starp parasti izmantoto litija jonu akumulatoru un cietvielu akumulatoru ir tā, ka pirmais izmanto šķidru elektrolītisku šķīdumu, lai regulētu strāvas plūsmu, bet cietvielu akumulatori izvēlas cietu elektrolītu. Akumulatora elektrolīts ir vadošs ķīmisks maisījums, kas ļauj strāvai plūst starp anodu un katodu.

Cietvielu akumulatori joprojām darbojas tāpat kā pašreizējie akumulatori, taču materiālu izmaiņas maina dažus akumulatora atribūtus, tostarp maksimālo glabāšanas jaudu, uzlādes laiku, lielumu un drošību.

Akumulatora iekšējā strāva caur anodu un katodu iziet caur vadošu elektrolītu, savukārt atdalītāji tiek izmantoti īssavienojuma novēršanai.

Vietas taupīšana

Tiešais ieguvums, pārejot no šķidruma uz cieto elektrolītu, ir tas, ka akumulatora enerģijas blīvums var palielināties. Tas ir tāpēc, ka cietvielu akumulatoriem, tā vietā, lai prasītu lielus atdalītājus starp šķidruma elementiem, ir nepieciešami tikai ļoti plāni šķēršļi, lai novērstu īssavienojumu.

Cietvielu baterijas var iesaiņot divreiz vairāk enerģijas nekā Li-ion

Parasto šķidrumu mērcēto akumulatoru separatoru biezums ir 20–30 mikroni. Cietvielu tehnoloģija var samazināt separatoru daudzumu līdz 3-4 mikroniem katrā, ietaupot aptuveni 7 reizes vietu, vienkārši mainot materiālus.

Tomēr šie atdalītāji nav vienīgais akumulatora elements, un citi biti nevar tik daudz sarukt, ierobežojot cietvielu akumulatoru vietas ietaupīšanas iespējas.

Pat ja cietvielu baterijas var aizstāt pat divreiz vairāk enerģijas nekā Li-ion, aizstājot arī anodu ar mazāku alternatīvu.

Ilgāks dzīves posms

Cietvielu elektrolīti parasti ir mazāk reaģējoši nekā mūsdienu šķidrumi vai želeja, tāpēc var sagaidīt, ka tie kalpos daudz ilgāk, un tie nebūs jāmaina tikai pēc 2 vai 3 gadiem. Tas nozīmē arī to, ka šīs baterijas nesprāgst un neuzliesmo, ja tās ir sabojātas vai tām ir ražošanas defekti, kas nozīmē drošākus produktus patērētājiem.

Cietvielu baterijas paradis eksplodēt vai aizdegties, ja tās ir sabojātas vai tām ir ražošanas defekti.

Pašreizējos viedtālruņos maināmas baterijas bieži tiek meklētas tiem, kas ilgus gadus vēlas izmantot vienu un to pašu tālruni, jo tos var samainīt, tiklīdz tie sāk sabojāties.

Viedtālruņu akumulatori bieži vien neuzlādējas tikpat labi pēc gada vai pēc tā, un tas pat pēc vairāku gadu lietošanas var izraisīt aparatūras nestabilitāti, atiestatīšanu vai pat pārtraukt darbību. Izmantojot cietvielu baterijas, viedtālruņi un citi sīkrīki varētu kalpot daudz ilgāk, ja nav nepieciešama rezerves šūna.

Ir daudz cietu ķīmisku savienojumu, ko var izmantot baterijās, nevis tikai viens.

Runājot par šķidrumu un cietajām baterijām, tas tomēr ir pārāk vienkāršots, jo baterijās var izmantot daudz cietu ķīmisku savienojumu, nevis tikai vienu.

Cietvielu elektrolītu veidi

Ir astoņas dažādas galvenās cietvielu akumulatoru kategorijas, un katra no tām elektrolīta izmanto atšķirīgus materiālus. Tie ir Li-Halide, Perovskite, Li-Hydride, NASICON līdzīgi, Granāts, Argyrodite, LiPON un LISICON līdzīgi.

Tā kā mēs joprojām strādājam ar topošajām tehnoloģijām, pētnieki joprojām meklē labākos cietvielu elektrolītu veidus, ko izmantot dažādām produktu kategorijām. Neviens pagaidām nav izteicies par skaidriem līderiem, taču uz daudzsološākajām šobrīd tiek uzskatītas LiPON un Granāta šūnas.

Jūs droši vien pamanījāt, ka daudzi no šiem veidiem zināmā mērā joprojām ir litija (Li) bāzes, jo tie joprojām izmanto litija elektrodus. Bet daudzi izvēlas jaunus anoda un katoda elektrodu materiālus, lai uzlabotu veiktspēju.

Plānas plēves baterijas

Pat cietvielu akumulatoru tipos ir divi skaidri sagriezti apakštipi - plānas plēves un lielapjoma. Viens no veiksmīgākajiem plānslāņu veidiem, kas jau ir tirgū, ir LiPON, kuru vairums ražotāju ražo ar litija anodu.

LiPON elektrolīts piedāvā lieliskus svara, biezuma un pat elastības atribūtus, padarot to par daudzsološu šūnu tipu valkājamai elektronikai un sīkrīkiem, kuriem nepieciešamas mazas šūnas. Atgriežoties pie ilgstošākas šūnas, LiPON ir pierādījis arī izcilu stabilitāti, samazinot ietilpību tikai par 5% pēc 40 000 uzlādes cikliem.

LiPON baterijas varētu ilgt no 40 līdz 130 reizēm ilgāk nekā Li-ion akumulatori, pirms tās ir jānomaina.

Salīdzinājumam litija jonu akumulatori piedāvā tikai no 300 līdz 1000 cikliem, pirms tiek parādīts līdzīgs vai lielāks jaudas kritums. Tas nozīmē, ka LiPON baterijas varētu ilgt no 40 līdz 130 reizēm ilgāk nekā Li-ion akumulatori, pirms tās ir jānomaina.

LiPON mīnuss ir tāds, ka tā kopējā enerģijas uzkrāšanas jauda un vadītspēja ir diezgan slikta, salīdzinot. Tomēr alternatīvas cietvielu akumulatoru tehnoloģijas varētu būt atslēga, lai viedpulksteņiem nodrošinātu ilgāku akumulatora darbības laiku, kas šobrīd daudziem klientiem liedz izvēlēties valkājamos.

Lielākas, apjomīgākas baterijas

Pagaidām cietvielu baterijas vēl nav piemērotas lielākiem elementiem, kas atrodami viedtālruņos un planšetdatoros, nemaz nerunājot par klēpjdatoriem vai elektriskajām automašīnām. Lielākām lieljaudas cietvielu baterijām ar lielāku ietilpību nepieciešama augstāka vadītspēja, kas pietuvināta šķidrajiem elektrolītiem vai atbilst tiem, un tas izslēdz tādas daudzsološas tehnoloģijas kā LiPON. Jonu vadība mēra jonu spēju pārvietoties pa materiālu, un laba vadītspēja ir lielāka šūnu prasība, lai nodrošinātu nepieciešamo strāvu.

LISICON un LiPS ir apsteiguši pētījumus par LiPO, LiS un SiS akumulatoriem, kas bija iepriekšējie līderi cietvielu jomā. Tomēr šiem tipiem istabas temperatūrā joprojām ir zemāka vadītspēja nekā organiskajiem un šķidrajiem elektrolītiem, padarot tos par nepraktiskiem komerciāliem izstrādājumiem.

Ļoti vadītspējīgs

Šajā vietā tiek veikti granāta oksīda (LLZO) elektrolītu pētījumi, jo tiem ir augsta jonu vadītspēja istabas temperatūrā.

Materiāls iegūst vadītspēju, kas tikai nedaudz atpaliek no šķidro litija jonu elementu piedāvātajiem rezultātiem, un jaunie LGPS pētījumi liecina, ka šis materiāls to varētu pat saskaņot.

Tas nozīmētu cietvielu baterijas, kuru jauda un ietilpība ir aptuveni tāda pati kā mūsdienu Li-ion elementiem, vienlaikus redzot tādas priekšrocības kā samazināts izmērs un ilgāks kalpošanas laiks.

Granāts ir stabils arī gaisā un ūdenī, padarot to piemērotu arī Li-Air baterijām. Diemžēl tas ir jāizgatavo, izmantojot dārgu saķepināšanas procesu.

Tas šobrīd padara to par nepievilcīgu ierosinājumu lietošanai patērētāja akumulatoros, salīdzinot ar litija jonu elementu zemām izmaksām. Nākotnē, visticamāk, izmaksas samazināsies, jo tiek pilnveidotas ražošanas metodes, taču mēs joprojām esam tālu no komerciāli izdevīgā cietvielu akumulatora.

Satīt

Acīmredzami joprojām notiek daudz pētījumu par cietvielu akumulatoru tehnoloģiju. Mēs neredzēsim, ka nobriedušas šūnas nākamajos 4 vai 5 gados nonāk tādos patēriņa produktos kā viedtālruņi, pēc agrākajām prognozēm. Citu ierīču (piemēram, dronu) cietvielu baterijas var parādīties, tiklīdz nākamajā gadā.

Tomēr jaunākie pētījumi beidzot dod rezultātus, kas atribūtu ziņā var konkurēt ar esošajām litija jonu baterijām, vienlaikus nodrošinot arī cietvielu elektrolītu priekšrocības. Viss, kas mums nepieciešams, ir nobriest ražošanas procesi, un ir vairāki lieli un topošie akumulatoru ražotāji, kuriem ir resursi, lai šo padarītu par realitāti.

Rezumējot, visu šo ķīmisko atšķirību galvenie ieguvumi no patērētāja viedokļa ir šādi: līdz 6 reizēm ātrāka uzlāde, līdz divreiz lielāks enerģijas blīvums, ilgāks cikla darbības laiks līdz 10 gadiem salīdzinājumā ar 2 un bez uzliesmojošām sastāvdaļām. Tas noteikti būs viedtālruņu un citu pārnēsājamu sīkrīku svētīgs.