Голем дел од технологијата околу нас ја земаме здраво за готово. На пример, микрокомпјутери за телефони кои работат без полнење цел ден. Ама сакам телефонот да работи 3-4 дена без полнење. Или електричен автомобил кој може да помине 1000 километри, да се полни за неколку минути ... и да чини помалку од автомобил со бензински мотор. Во текот на годините многу се зборуваше за цврсти батерии, но како се одвиваат работите сега? И уште колку треба да чекаме цврсти батерии завршуваат во нашите уреди?
Најсвеж пример е Тојота, која најави автомобил со батерии со цврста состојба за време на Зимските олимписки игри. Литиум-јонските батерии што ги користиме денес, колку и да се одлични, имаат одредени недостатоци што батериите во цврста состојба се обидуваат да ги решат.
И двата вида користат литиум за производство на електрична енергија и нивната општа структура е доста слична. Едноставно кажано, тие имаат анода (негативна електрода), катода (позитивна електрода) и електролит.
Нивната главна разлика лежи во состојбата на електролитот, кој помага да се пренесат јони од катодата до анодата за време на полнењето и обратно за време на празнењето. Со други зборови, електролитот го регулира протокот на електрична струја помеѓу негативната и позитивната страна на батеријата. Додека литиум-јонските батерии користат течни електролити, батериите во цврста состојба, како што имплицира нивното име, користат тенки слоеви на цврст електролит.
Цврстите електролити имаат голем број значајни предности:
Лево ја гледаме структурата на литиум-јонска батерија, а десно структурата на батерија со цврста состојба.
3. Полесна тежина и големина: додека течноста во литиум-јонските батерии ги прави потешки, компактната структура на батериите во цврста состојба овозможува поголема густина на енергија по единица површина, што значи дека се потребни помалку батерии.
Теоретски, да, или барем таму се движат работите. Всушност, многу производители на автомобили веќе инвестираат во оваа технологија, вклучувајќи ги Volkswagen, Toyota, Ford и BMW. Меѓутоа, во пракса, ќелиите на батериите во цврста состојба се произведуваат една по една во лаборатории и за да се донесат до масовно производство - скапа и се уште недоволно развиена задача.
Тешко е да се развие цврст електролит кој би бил и стабилен, хемиски инертен и добар спроводник на јони помеѓу електродите. Покрај тоа, електролитите се премногу скапи за производство и се склони кон пукање поради нивната кршливост кога се прошируваат и се компресираат за време на употребата. Но, можеби како што литиум-јонските батерии постепено стануваат поприфатливи, тоа ќе се случи.
Во последниве години беа спроведени многу интересни студии, кои имаа за цел да го решат овој проблем. Истражувачите на MIT развија таканаречени мешани јонско-електронски проводници (MIECs), како и електронски и литиум-јонски изолатори (ELIs). Тоа е тродимензионална клеточна архитектура со MIEC цевки од нано размери. Цевките се полни со литиум, кој ја формира анодата. Клучен дел од ова откритие е дека клеточната структура овозможува простор за проширување и собирање на литиумот за време на полнењето и празнењето. Ова „дишење“ на батеријата спречува пукнатини. Облогата на ELI цевките делува како бариера заштитувајќи ги од цврст електролит. Ова е структурата на батеријата во цврста состојба, која нè спасува од потребата да додадеме течност или гел и затоа ни овозможува да избегнеме дендрити.
Се јави една компанија Системи за складирање на јони разви ултратенок керамички електролит со дебелина од околу 10 микрометри, приближно со иста дебелина како и современите пластични сепаратори кои користат течни електролити. Секоја страна од керамичкиот електролит е обложена со супер тенок слој од алуминиум оксид кој помага да се намали отпорот. Прототипот на батеријата има енергетски капацитет од околу 300 Wh/kg и може да се полни за 5-10 минути. За споредба: модерните NCA батерии достигнуваат енергетски капацитет од околу 250 Wh/kg.
На изложбата CES Мецедес оваа година го претстави концептниот автомобил AVTR, изработен од еколошки материјали, кој има и целосно рециклирана батерија. Во едно интервју, постариот менаџер за истражување на батерии на Мерцедес, Андреас Хинтенах, изјави дека технологијата на батерии моментално се подложува на лабораториско тестирање и ќе биде готова за 10-15 години. CATL (кинески партнер за батерии на Тесла) исто така разви примерок од батерија со цврста состојба, но тие објавија дека таа нема да се појави на пазарот до 2030 година.
Се очекува континуирано производство на батерии во цврста состојба ќе се поправи од 2025 година, но првично не во автомобилската индустрија.
Прочитајте исто така:
Оставете Одговор