Apakah Bateri Pepejal-State dan Mereka Akan Menyelesaikan Masalah Hidup Bateri?

Teknologi mudah alih semakin bertambah dengan kuasa, tetapi teknologi bateri tidak berfungsi. Kami mencapai had fizikal yang boleh dilakukan oleh reka bentuk lithium-ion dan lithium-polimer konvensional. Penyelesaiannya mungkin sesuatu yang dipanggil bateri keadaan pepejal.

Apakah Bateri Pepejal Negeri??

Dalam reka bentuk bateri konvensional-kebanyakannya elektrod logam litium-ion yang paling biasa digunakan dengan garam litium cecair yang bertindak sebagai elektrolit. Zarah ionik berpindah dari satu elektrod (katod) ke yang lain (anod) sebagai caj bateri, dan terbalik apabila ia dilepaskan. Elektrolit garam litium cecair adalah medium yang membolehkan pergerakan itu. Sekiranya anda pernah melihat bateri menyerang atau terkena, "asid bateri" yang meleleh (atau terkadang meletup) adalah elektrolit cecair.

Dalam bateri keadaan pepejal, kedua-dua elektrod positif dan negatif dan elektrolit di antaranya adalah kepingan padu logam, aloi, atau bahan sintetik yang lain. Istilah "solid state" mungkin mengingatkan anda tentang pemacu data SSD, dan itu bukan satu kebetulan. Pemacu storan keadaan pepejal menggunakan memori flash, yang tidak bergerak, berbanding dengan cakera keras standard, yang menyimpan data pada cakera magnet berputar yang dikuasakan oleh motor kecil.

Walaupun gagasan bateri keadaan pepejal telah berlaku selama beberapa dekad, kemajuan dalam perkembangan mereka baru bermula, kini didorong oleh pelaburan dari syarikat elektronik, pembuat kereta, dan penyedia industri am.

Apa yang Lebih Baik Mengenai Bateri Pepejal-Negeri?

Bateri pepejal negara menjanjikan beberapa kelebihan tersendiri berbanding sepupu yang dipenuhi cecair: hayat bateri yang lebih baik, masa pengecasan yang lebih cepat, dan pengalaman yang lebih selamat.

Bateri pepejal keadaan memampatkan anod, katod, dan elektrolit ke dalam tiga lapisan datar dan bukannya menggantung elektrod dalam elektrolit cecair. Ini bermakna anda boleh menjadikannya lebih kecil-atau sekurang-kurangnya, rata-rata-sambil memegang sebanyak tenaga sebagai bateri berasaskan cecair yang lebih besar. Jadi, jika anda menggantikan bateri lithium-ion atau lithium-polimer dalam telefon atau komputer riba anda dengan bateri keadaan pepejal dengan saiz yang sama, ia akan mendapat caj yang lebih lama. Sebagai alternatif, anda boleh membuat peranti yang memegang cas yang sama lebih kecil atau lebih nipis.

Bateri pepejal keadaan juga lebih selamat, kerana tidak ada cecair yang mudah terbakar, mudah terbakar, dan mereka tidak mengeluarkan banyak haba seperti bateri boleh dicas semula konvensional. Apabila digunakan pada bateri yang berkuasa semasa elektronik atau kereta elektrik, mereka mungkin akan mengecas dengan lebih cepat, juga ion dapat bergerak jauh lebih cepat dari katoda ke anod.

Menurut penyelidikan terkini, bateri keadaan pepejal dapat mengatasi bateri boleh dicas semula konvensional sebanyak 500% atau lebih dari segi kapasiti, dan dikenakan bayaran pada sepersepuluh masa.

Apakah Kelemahan?

Oleh kerana bateri keadaan pepejal merupakan teknologi baru muncul, mereka sangat mahal untuk menghasilkan. Jadi mahal, sebenarnya, mereka tidak dipasang di mana-mana elektronik gred pengguna utama pada masa penulisan. Pada tahun 2012, penerbit penganalisis untuk Analisis Perisian Universiti Florida dan Bahan Pemprosesan Bahan Maju menganggarkan bahawa bateri bersaiz bersaiz telefon bimbit biasa akan menelan kos sekitar $ 15,000 untuk menghasilkan. Satu yang cukup besar untuk kuasa sebuah kereta elektrik akan menelan kos $ 100,000.

Membuat bateri keadaan pepejal cukup besar untuk kuasa telefon anda menanggung ribuan ringgit hari ini.

Sebahagian daripada ini adalah kerana ekonomi skala tidak tersedia-beratus-ratus juta bateri boleh dicas semula dibuat setiap tahun sekarang, jadi kos pembuatan bahan dan peralatan tersebar di seluruh garisan bekalan yang besar. Terdapat hanya beberapa syarikat dan universiti yang meneliti bateri keadaan pepejal, jadi kos untuk menghasilkan setiap satunya adalah astronomi.

Isu lain adalah bahan. Walaupun sifat-sifat pelbagai logam, aloi, dan garam logam yang digunakan untuk bateri boleh dicas semula konvensional telah diketahui, kita tidak tahu komposisi kimia dan atom yang terbaik untuk elektrolit pepejal di antara anod dan katod metalik. Penyelidikan semasa menyempitkan ini, tetapi kita perlu mengumpulkan lebih banyak data yang boleh dipercayai sebelum kita boleh mengumpul atau mensintesis bahan-bahan dan melabur dalam proses pembuatan.

Bilakah saya Akan Gunakan Bateri Pepejal Negeri?

Seperti semua teknologi yang sedang muncul, cuba untuk memikirkan bila anda akan mendapat tangan anda di atasnya adalah paling tepat.

Ia menggalakkan bahawa banyak syarikat besar melabur dalam penyelidikan yang diperlukan untuk membawa bateri keadaan pepejal ke dalam pasaran pengguna, tetapi malu daripada kejayaan besar dalam masa terdekat, sukar untuk mengatakan sama ada akan melonjak ke hadapan. Sekurang-kurangnya satu syarikat kereta mengatakan ia bersedia untuk meletakkan kenderaan di 2023, tetapi tidak menebak berapa banyak kereta itu mungkin dikenakan. Lima tahun nampaknya terlalu optimis; sepuluh tahun sepertinya lebih cenderung. Mungkin dua puluh tahun atau lebih sebelum bahan-bahan diselesaikan dan proses pembuatan dibangunkan.

Tetapi seperti yang kita katakan pada awal artikel, teknologi bateri konvensional mula memukul dinding. Dan tidak ada jualan yang berpotensi untuk merangsang penyelidikan dan pembangunan. Sekurang-kurangnya sedikit (sangat, sangat sedikit) mungkin bahawa anda mungkin dapat menggunakan alat atau memacu kereta yang dikuasakan oleh bateri keadaan pepejal tidak lama lagi.

Kredit imej: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock