Kandungan

• Penjimatan ruang
• Umur hayat lebih lama
• Jenis-jenis elektrolit keadaan pepejal
• Bateri filem nipis
• Bateri yang lebih besar, lebih kecil
• Sangat konduktif
• Bungkus

Beberapa minggu yang lalu, Kris memperkenalkan kita kepada topik bateri keadaan pepejal dan bagaimana ia mungkin menjadi kemajuan besar seterusnya dalam teknologi bateri telefon pintar. Singkatnya, bateri keadaan pepejal lebih selamat, boleh dibungkus lebih banyak jus, dan boleh digunakan untuk peranti yang lebih nipis. Malangnya, mereka sangat mahal untuk dimasukkan ke dalam sel-sel telefon pintar bersaiz sederhana sekarang, tetapi mungkin berubah pada tahun-tahun akan datang.

Jadi, jika anda tertanya-tanya apa sebenarnya bateri keadaan pepejal dan bagaimana ia berbeza dengan sel-lithium-ion hari ini, baca terus.

Perbezaan utama antara bateri lithium-ion yang biasa digunakan dan bateri keadaan pepejal ialah bekas yang menggunakan penyelesaian elektrolitik cair untuk mengawal arus arus, manakala bateri keadaan pepejal memilih elektrolit padat. Elektrolit bateri adalah campuran kimia konduktif yang membolehkan arus arus antara anod dan katod.

Bateri keadaan pepejal masih berfungsi dengan cara yang sama seperti bateri semasa, tetapi perubahan dalam bahan mengubah beberapa sifat bateri, termasuk kapasiti storan maksimum, masa pengecasan, saiz, dan keselamatan.

Semasa di dalam bateri berlalu di antara anoda dan katod melalui elektrolit konduktif, manakala pemisah digunakan untuk mengelakkan litar pintas.

Penjimatan ruang

Manfaat segera dari beralih dari cecair ke elektrolit padat ialah kepadatan tenaga bateri dapat meningkat. Ini adalah kerana bukan memerlukan pemisah besar antara sel cecair, bateri keadaan pepejal hanya memerlukan halangan yang sangat nipis untuk mengelakkan litar pintas.

Bateri pepejal keadaan boleh berkemas dua kali lebih banyak tenaga seperti Li-ion

Pemisah bateri konvensional cair konvensional datang dengan ketebalan 20-30 mikron. Teknologi keadaan pepejal boleh mengurangkan pemisah turun hingga 3-4 mikron setiap satu, dengan penjimatan ruang 7 kali ganda hanya dengan menukar bahan.

Walau bagaimanapun, pemisah ini bukan satu-satunya komponen di dalam bateri dan bit-bit lain tidak boleh menyusut sebanyak itu, meletakkan had pada potensi penjimatan ruang bateri keadaan pepejal.

Walau bagaimanapun, bateri keadaan pepejal boleh membungkus sehingga dua kali lebih banyak tenaga seperti Li-ion, apabila menggantikan anod dengan alternatif yang lebih kecil juga.

Umur hayat lebih lama

Elektrolit keadaan pepejal biasanya kurang reaktif daripada cecair atau gel hari ini, jadi ia boleh dijangka bertahan lebih lama dan tidak perlu diganti selepas hanya 2 atau 3 tahun. Ini juga bermakna bahawa bateri ini tidak akan meletup atau menangkap api jika mereka rosak atau mengalami kerosakan perkilangan, yang bermaksud produk yang lebih selamat untuk pengguna.

Bateri pepejal keadaan tidak meletup atau menangkap api jika mereka rosak atau mengalami kerosakan perkilangan.

Dalam telefon pintar semasa, bateri boleh diganti sering dicari untuk mereka yang ingin menggunakan telefon yang sama selama bertahun-tahun, kerana mereka boleh bertukar apabila mereka mula memecah.

Bateri telefon pintar sering tidak menanggung caj mereka juga selepas setahun atau lebih dan bahkan boleh menyebabkan perkakasan menjadi tidak stabil, menetapkan semula, atau berhenti bekerja selepas beberapa tahun penggunaan. Dengan bateri keadaan pepejal, telefon pintar dan alat lain boleh bertahan lebih lama tanpa memerlukan sel gantian.

Terdapat banyak sebatian kimia pepejal yang boleh digunakan dalam bateri, bukan hanya satu.

Perbualan bateri cecair berbanding pepejal adalah penyejatan subjek walaupun, kerana terdapat banyak sebatian kimia pepejal yang boleh digunakan dalam bateri, bukan hanya satu.

Jenis-jenis elektrolit keadaan pepejal

Terdapat lapan kategori utama bateri keadaan pepejal, yang masing-masing menggunakan bahan yang berbeza untuk elektrolit. Ini adalah Li-Halide, Perovskite, Li-Hydride, NASICON seperti, Garnet, Argyrodite, LiPON, dan LISICON.

Seperti yang kita masih berhadapan dengan teknologi yang baru muncul, para penyelidik masih mengejar dengan jenis elektrolit pepejal yang terbaik untuk digunakan untuk kategori produk yang berbeza. Tidak ada yang keluar sebagai pemimpin yang jelas, namun sel-sel sulfida, LiPON, dan Garnet kini dilihat sebagai yang paling menjanjikan.

Anda mungkin akan menyedari bahawa kebanyakan jenis ini masih litium (Li) berasaskan dalam beberapa hal, kerana mereka masih menggunakan elektrod lithium. Tetapi ramai yang memilih bahan anod dan katod elektrod baru untuk meningkatkan prestasi.

Bateri filem nipis

Walaupun dalam jenis bateri keadaan pepejal, terdapat dua subtipe dipotong jelas - filem nipis dan pukal. Salah satu jenis filem nipis yang paling berjaya yang sudah ada di pasaran adalah LiPON, yang kebanyakan pengeluar menghasilkan dengan anod lithium.

Elektrolit LiPON menawarkan sifat berat, ketebalan, dan juga kelenturan yang sangat baik, menjadikannya jenis sel yang menjanjikan untuk elektronik dan alat yang boleh pakai yang memerlukan sel kecil. Kembali ke subjek sel tahan lama, LiPON juga telah menunjukkan kestabilan yang sangat baik dengan hanya pengurangan kapasiti 5% selepas 40,000 kitar muatan.

Bateri LiPON boleh berlangsung di mana saja dari 40 hingga 130 kali lebih lama daripada bateri Li-ion sebelum mereka perlu diganti.

Sebagai perbandingan, bateri lithium-ion hanya menawarkan antara 300 hingga 1000 kitaran sebelum menunjukkan kemerosotan yang sama atau lebih besar dalam kapasiti. Ini bermakna bateri LiPON boleh bertahan di mana-mana dari 40 hingga 130 kali lebih lama daripada bateri Li-ion sebelum mereka perlu diganti.

Kelemahan LiPON adalah bahawa jumlah kapasiti penyimpanan tenaga dan kekonduksiannya agak kurang berbanding dengan perbandingan. Walau bagaimanapun, teknologi bateri keadaan pepejal alternatif boleh menjadi kunci untuk membawa hayat bateri yang lebih lama kepada smartwatches, yang kini meletakkan sejumlah pelanggan daripada memungut dpt dipakai.

Bateri yang lebih besar, lebih kecil

Setakat ini, bateri keadaan pepejal belum lagi sesuai untuk sel yang lebih besar yang terdapat di telefon pintar dan tablet, apalagi komputer riba atau kereta elektrik. Untuk bateri keadaan pepejal pukal yang lebih besar dengan kapasiti yang lebih besar, kekonduksian yang unggul yang hampir kepada atau sepadan dengan elektrolit cecair diperlukan, yang mengesahkan selain menjanjikan teknologi seperti LiPON. Pengaliran ionik mengukur keupayaan ion untuk bergerak melalui bahan, dan konduksi yang baik adalah keperluan sel yang lebih besar untuk memastikan arus yang diperlukan.

LISICON dan LiPS telah mengatasi penyelidikan ke dalam bateri LiPO, LiS, dan SiS, pemimpin terdahulu dalam bidang pepejal. Walau bagaimanapun, jenis ini masih mengalami kekonduksian yang lebih rendah daripada elektrolit organik dan cecair pada suhu bilik, menjadikannya tidak praktikal untuk produk komersial.

Sangat konduktif

Di sinilah penyelidikan ke atas elektrolit garnet-oksida (LLZO) masuk, kerana ia mempunyai kekonduksian ionik yang tinggi pada suhu bilik.

Bahan mencapai konduksi yang hanya sedikit di belakang hasil yang ditawarkan oleh sel-sel lithium-ion cair, dan kajian baru ke LGPS menunjukkan bahawa bahan ini bahkan dapat dipadankan dengannya.

Ini bermakna bateri keadaan pepejal berkuasa dan kapasiti yang hampir sama seperti sel-sel Li-ion hari ini, sambil melihat manfaat seperti saiz yang dikurangkan dan jangka hayat yang lebih lama menjadi kenyataan.

Garnet juga stabil di udara dan air, menjadikannya sesuai untuk bateri Li-Air juga. Malangnya ia perlu direka dengan menggunakan proses sinar yang mahal.

Ini pada masa ini menjadikannya cadangan yang tidak menarik untuk digunakan dalam bateri pengguna jika dibandingkan dengan kos rendah sel-lithium-ion. Pada masa akan datang, kos mungkin akan jatuh kerana teknik pembuatan disempurnakan tetapi kami masih jauh dari bateri keadaan pepejal yang berdaya maju secara komersil.

Bungkus

Jelas masih terdapat banyak penyelidikan berterusan ke dalam teknologi bateri keadaan pepejal. Kami tidak akan melihat sel-sel matang membuat jalan ke dalam produk pengguna seperti telefon pintar selama 4 atau 5 tahun lagi, mengikut ramalan terawal. Bateri pepejal dalam peranti lain (seperti dron) mungkin akan muncul sebaik sahaja tahun depan.

Namun, penyelidikan terkini akhirnya menghasilkan keputusan yang boleh bersaing dengan bateri li-ion sedia ada dari segi sifat, sementara juga memberikan manfaat elektrolit keadaan pepejal. Yang kita perlukan adalah untuk proses pembuatan untuk matang, dan terdapat sejumlah pengeluar bateri besar dan akan datang dengan sumber daya untuk menjadikannya realiti.

Secara ringkasnya, manfaat utama semua perbezaan kimia ini dari perspektif pengguna adalah: sehingga 6 kali lebih cepat pengisian, sehingga dua kali ganda ketumpatan tenaga, jangka hayat kitaran yang lebih lama sehingga 10 tahun berbanding dengan 2, dan tidak ada komponen yang mudah terbakar. Itu pasti akan menjadi rahmat untuk telefon pintar dan alat mudah alih yang lain.