Nilalaman

• Pagse-save ng puwang
• Mas mahaba ang buhay
• Mga uri ng mga solidong estado na electrolyte
• Manipis na mga baterya ng pelikula
• Mas malaki, bulkier na baterya
• Mataas na kondaktibo
• Balutin

Ilang linggo na ang nakalilipas, ipinakilala kami ni Kris sa paksa ng mga solidong baterya ng estado at kung paano maaaring sila ang susunod na pangunahing pagsulong sa teknolohiya ng baterya ng smartphone. Sa maikli, ang mga baterya ng solid-state ay mas ligtas, maaaring mag-pack ng mas maraming juice, at maaaring magamit para sa kahit na mas payat na aparato. Sa kasamaang palad, hindi sila nagbabawal na mahal upang ilagay sa mga medium-sized na mga cell ng smartphone ngayon, ngunit maaaring magbago iyon sa mga darating na taon.

Kaya, kung nagtataka ka kung ano talaga ang isang solidong baterya ng estado at kung paano naiiba ito sa mga cell ng lithium-ion ngayon, basahin.

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng karaniwang ginagamit na baterya ng lithium-ion at isang solidong estado ng baterya ay ang dating ay gumagamit ng isang likidong electrolytic solution upang ayusin ang daloy ng kasalukuyang, habang ang mga baterya ng solid-state ay pumili para sa isang solidong electrolyte. Ang electrolyte ng baterya ay isang pinaghalong kemikal na halo na nagbibigay-daan sa daloy ng kasalukuyang sa pagitan ng anode at katod.

Ang mga solidong baterya ng estado ay gumagana pa rin sa katulad na ginagawa ng mga kasalukuyang baterya, ngunit ang pagbabago sa mga materyales ay nagbabago ng ilan sa mga katangian ng baterya, kabilang ang maximum na kapasidad ng imbakan, oras ng pagsingil, laki, at kaligtasan.

Ang kasalukuyang nasa loob ng isang baterya ay pumasa sa pagitan ng anode at katod sa pamamagitan ng isang conductive electrolyte, habang ang mga separator ay ginagamit upang maiwasan ang isang maikling circuit.

Pagse-save ng puwang

Ang agarang benepisyo ng paglipat mula sa isang likido sa solidong electrolyte ay ang pagtaas ng enerhiya ng baterya. Ito ay dahil sa halip na mangailangan ng malalaking separator sa pagitan ng mga likidong cells, ang mga solidong baterya ng estado ay nangangailangan lamang ng sobrang manipis na mga hadlang upang maiwasan ang isang maikling circuit.

Ang mga baterya ng solid-state ay maaaring mag-pack ng dalawang beses nang mas maraming enerhiya tulad ng Li-ion

Ang mga maginoo na likido na nagbabad sa baterya ay nakapasok na may 20-30 na mikron kapal. Ang teknolohiyang solid-state ay maaaring bawasan ang mga separator hanggang sa 3-4 na microns bawat isa, isang humigit-kumulang na 7-tiklop na espasyo sa pag-save sa pamamagitan lamang ng paglilipat ng mga materyales.

Gayunpaman, ang mga separator na ito ay hindi lamang ang bahagi sa loob ng baterya at iba pang mga bits ay hindi maaaring mag-urong ng mas maraming, paglalagay ng isang limitasyon sa potensyal na pag-save ng puwang ng mga solidong estado na baterya.

Kahit na, ang mga baterya ng solid-state ay maaaring mag-pack ng hanggang sa dalawang beses nang mas maraming enerhiya tulad ng Li-ion, kapag pinalitan ang anode na may isang mas maliit na alternatibo din.

Mas mahaba ang buhay

Ang mga solido na estado ng electrolyte ay karaniwang hindi gaanong aktibo kaysa sa likido o gel ngayon, kaya maaari silang asahan na magtagal nang mas mahaba at hindi na kailangang palitan pagkatapos ng 2 o 3 taon lamang. Nangangahulugan din ito na ang mga baterya na ito ay hindi sasabog o mahuli kung nasira o nahihirapan sa mga depekto sa pagmamanupaktura, nangangahulugang mas ligtas na mga produkto para sa mga mamimili.

Ang mga baterya ng solid-state ay sanay na sumabog o mahuli ang apoy kung sila ay nasira o nagdurusa sa mga depekto sa pagmamanupaktura.

Sa kasalukuyang mga smartphone, ang mga maaaring palitan na baterya ay madalas na hinahangad para sa mga naghahanap na gumamit ng parehong telepono sa loob ng maraming taon, dahil maaari silang mapalitan sa sandaling magsimula silang masira.

Ang mga baterya ng Smartphone ay madalas na hindi humawak ng kanilang singil din pagkatapos ng isang taon o higit pa at maaari ring maging sanhi ng mga hardware na maging hindi matatag, i-reset, o kahit na tumigil sa pagtatrabaho pagkatapos ng maraming taon na paggamit. Sa mga baterya ng solid-state, ang mga smartphone at iba pang mga gadget ay maaaring magtagal nang mas matagal nang hindi nangangailangan ng kapalit na cell.

Maraming solidong kemikal na compound na maaaring magamit sa mga baterya, hindi lamang isa.

Ang pag-uusap ng likido kumpara sa mga solidong baterya ay isang oversimplification ng paksa bagaman, dahil maraming mga solidong kemikal na compound na maaaring magamit sa mga baterya, hindi lamang isa.

Mga uri ng mga solidong estado na electrolyte

Mayroong walong magkakaibang mga pangunahing kategorya ng solid-state na baterya, na bawat isa ay gumagamit ng iba't ibang mga materyales para sa electrolyte. Ito ang mga Li-Halide, Perovskite, Li-Hydride, tulad ng NASICON, Garnet, Argyrodite, LiPON, at tulad ng LISICON.

Habang nakikipag-ugnayan pa rin kami sa isang umuusbong na teknolohiya, ang mga mananaliksik ay darating pa rin sa mga pinakamahusay na uri ng electrolyte ng solid-state na gagamitin para sa iba't ibang mga kategorya ng produkto. Wala pa ring lumabas bilang mga malinaw na pinuno, ngunit ang mga cell na nakabatay sa sulfide, LiPON, at mga cell ng Garnet ay kasalukuyang nakikita bilang pinaka pangako.

Marahil ay napansin mo na ang ilan sa mga uri na ito ay lithium (Li) na batay din sa ilang bagay, sapagkat gumagamit pa rin sila ng mga lithium electrodes. Ngunit marami ang pumipili ng mga bagong anode at katod na elektrod na materyales upang mapabuti ang pagganap.

Manipis na mga baterya ng pelikula

Kahit na sa loob ng mga uri ng solidong estado ng baterya, mayroong dalawang malinaw na mga subtyp na hiwa - manipis na pelikula at bulk. Ang isa sa mga pinakamatagumpay na uri ng manipis na pelikula na nasa merkado ay ang LiPON, na ang karamihan sa mga tagagawa ay gumagawa ng isang lithium anode.

Ang LiPON electrolyte ay nag-aalok ng mahusay na timbang, kapal, at kahit na mga katangian ng kakayahang umangkop, ginagawa itong isang promising na uri ng cell para sa mga naisusuot na mga electronics at gadget na nangangailangan ng maliit na mga cell. Bumalik sa paksa ng mas mahahabang mga cell, ipinakita rin ng LiPON ang mahusay na katatagan na may lamang 5% na pagbawas ng kapasidad pagkatapos ng 40,000 mga siklo ng singil.

Ang mga baterya ng LiPON ay maaaring tumagal kahit saan mula 40 hanggang 130 beses na mas mahaba kaysa sa mga baterya ng Li-ion bago nila kailangang palitan.

Para sa paghahambing, ang mga baterya ng lithium-ion ay nag-aalok lamang sa pagitan ng 300 at 1000 na mga siklo bago ipakita ang isang katulad o mas malaking pagkahulog sa kapasidad. Nangangahulugan ito na ang mga baterya ng LiPON ay maaaring tumagal kahit saan mula 40 hanggang 130 beses na mas mahaba kaysa sa mga baterya ng Li-ion bago nila kailangang palitan.

Ang downside ng LiPON ay ang kabuuang kapasidad ng pag-iimbak ng enerhiya at kondaktibo ay sa halip mahirap sa pamamagitan ng paghahambing. Gayunpaman, ang mga alternatibong solidong estado ng baterya ay maaaring maging susi sa pagdadala ng mas mahabang buhay ng baterya sa mga smartwatches, na kasalukuyang naghuhubad ng isang bilang ng mga customer mula sa pagpili ng isang maaaring magsuot.

Mas malaki, bulkier na baterya

Sa ngayon, ang mga solidong baterya ng estado ay hindi pa angkop para sa mas malaking mga cell na matatagpuan sa mga smartphone at tablet, pabayaan ang mga laptop o mga de-koryenteng kotse. Para sa mas malaking bulk na solid-state na baterya na may mas malaking kapasidad, ang higit na mahusay na kondaktibiti na malapit o tumutugma sa mga likidong electrolyte ay kinakailangan, na kung saan ay namumuno sa kabilang banda na nangangako ng mga teknolohiya tulad ng LiPON. Ang Ionic conduction ay sumusukat sa kakayahan ng mga ion na lumipat sa pamamagitan ng isang materyal, at ang mahusay na pagpapadaloy ay isang kinakailangan ng mas malaking mga cell upang matiyak ang kinakailangang kasalukuyang.

Ang LISICON at LiPS ay nakakuha ng pananaliksik sa LiPO, LiS, at SiS na mga baterya, ang mga naunang pinuno sa larangan ng solidong estado. Gayunpaman, ang mga uri na ito ay nagdurusa pa rin sa mas mababang kondaktibiti kaysa sa mga organikong at likido na electrolyte sa temperatura ng silid, na ginagawa silang hindi praktikal para sa mga produktong komersyal.

Mataas na kondaktibo

Ito ay kung saan ang mga pananaliksik sa garnet-oxide (LLZO) electrolyte ay pumapasok, dahil ipinagmamalaki nito ang isang mataas na ionic conductivity sa temperatura ng silid.

Nakakamit ng materyal ang isang pagpapadaloy na nagmumula lamang sa likuran ng mga resulta na inaalok ng likidong lithium-ion cells, at iminumungkahi ng mga bagong pag-aaral sa LGPS na ang materyal na ito ay maaaring tumugma din dito.

Nangangahulugan ito ng mga baterya ng solid-state na halos pantay na kapangyarihan at kapasidad tulad ng mga selula ng Li-ion ngayon, habang nakikita ang mga benepisyo tulad ng nabawasan na laki at mas mahabang buhay ay naging isang katotohanan.

Ang Garnet ay matatag din sa hangin at tubig, na ginagawang angkop din sa mga baterya ng Li-Air. Sa kasamaang palad ito ay dapat na gawa-gawa gamit ang isang mamahaling proseso ng pagsasala.

Ginagawa nitong kasalukuyan itong isang hindi kaakit-akit na panukala para magamit sa mga baterya ng mamimili kung ihahambing sa mababang gastos ng mga cell ng lithium-ion. Sa hinaharap, ang mga gastos ay malamang na mahulog dahil ang mga diskarte sa pagmamanupaktura ay pino ngunit kami ay pa rin ang ilang mga paraan mula sa isang komersyal na mabubuhay na solidong estado ng baterya.

Balutin

Malinaw na mayroon pa ring maraming patuloy na pagsasaliksik sa teknolohiya ng solid-state na baterya. Hindi namin makikitang ang mga matandang selula ay nakakapunta sa mga produktong mamimili tulad ng mga smartphone para sa isa pang 4 o 5 taon, ayon sa pinakaunang mga hula. Ang mga solidong baterya ng estado sa iba pang mga aparato (tulad ng mga drone) ay maaaring lumitaw sa lalong madaling panahon sa susunod na taon.

Gayunpaman, ang pinakabagong pananaliksik ay sa wakas ay gumagawa ng mga resulta na maaaring makipagkumpitensya sa umiiral na mga baterya ng li-ion sa mga tuntunin ng mga katangian, habang nagbibigay din ng mga benepisyo ng mga solidong estado na electrolyte. Ang kailangan lang natin ay para sa mga proseso ng pagmamanupaktura upang maging mature, at mayroong isang bilang ng mga malaki at paparating na mga tagagawa ng baterya na may mga mapagkukunan upang gawin itong isang katotohanan.

Sa kabuuan, ang mga pangunahing benepisyo ng lahat ng mga pagkakaiba-iba ng kemikal na ito mula sa pananaw ng mamimili ay: hanggang sa 6 na beses na mas mabilis na singilin, hanggang sa dalawang beses ang density ng enerhiya, isang mas mahabang buhay ng ikot ng hanggang sa 10 taon kumpara sa 2, at walang nasusunog na mga sangkap. Tiyak na magiging isang boon para sa mga smartphone at iba pang mga portable na gadget.