Ce sunt bateriile cu stare solidă și de ce sunt importante?

Tehnologia bateriilor a parcurs un drum lung de-a lungul anilor. Gadget-uri precum dronele și smartphone-urile ar fi impracticabile fără tehnologia modernă avansată a bateriei.

Cu toate acestea, bateriile ar putea fi întotdeauna mai bune!

Bateriile cu stare solidă par să fie următorul mare progres, iar produsele care le folosesc sunt la colț. Aceasta înseamnă că acum este momentul perfect pentru a vă familiariza cu ceea ce sunt acestea și de ce sunt importante.

Ce înseamnă „stare solidă”?

Fie că este vorba de o baterie de mașină cu plumb-acid, de unică folosință alcaline sau de baterii cu polimer de litiu dintr-un telefon, toate folosesc un electrolit lichid. Electrolitul este o substanță conductoare care conectează cele două borne interne ale bateriei. Electronii curg prin electrolit, permițând bateriei fie să acumuleze o sarcină electrică, fie să o descarce.

O baterie cu stare solidă folosește un electrolit solid, în locul electrolitului lichid tradițional. Aceasta este singura diferență fundamentală dintre cele două tehnologii de baterie. Sună destul de simplu, dar inginerii și oamenii de știință se luptă de zeci de ani să găsească un material solid care să poată acționa ca un electrolit.

Ce este greu la bateriile cu stare solidă?

Diverse materiale, cum ar fi ceramica și metalele cu litiu, oferă potențial ca electroliți în stare solidă. Problema este că abordarea ceramică a dus la o performanță slabă a bateriei. Metalele de litiu sunt promițătoare, dar au un defect fatal. Pe măsură ce bateria este încărcată și descărcată, „dendritele” metalice cresc prin electrolit. Bateria se poate scurtcircuita și se poate transforma într-un pericol.

Găsirea unor soluții practice și viabile din punct de vedere economic la aceste probleme a fost misiunea mai multor companii și echipe de cercetare în ultimii ani. Acum acea muncă este pe cale să plătească.

De ce să treci prin toate aceste probleme? Să ne uităm la beneficiile pe care bateriile cu stare solidă le promit față de cele tradiționale.

Siguranță

Bateriile stochează cantități mari de energie și există întotdeauna pericolul ca această energie să poată fi eliberată într-un mod necontrolat. Când se întâmplă asta, poate însemna incendiu, explozii și alte rezultate nedorite. Bateriile cu stare solidă, presupunând că problema dendritei este rezolvată, promit să fie mai sigure și mai stabile. În primul rând, nu sunt inflamabile, așa că incendiile bateriei ar trebui să fie de domeniul trecutului.

Acest lucru este important nu numai pentru vehiculele electrice, cum ar fi mașinile și dronele, ci și pentru electronicele personale, cum ar fi smartphone-urile și laptopurile. Mulți oameni sunt răniți în fiecare an de incendiile bateriilor din gadgeturile lor electronice. Ca urmare, case întregi au fost arse din temelii!

Viteza de reincarcare

Bateriile moderne cu litiu se pot încărca la viteze impresionante, dar totuși au nevoie de mult timp pentru a se umple. Există o limită a cantității de energie pe care o poți turna într-o baterie tradițională cu litiu-ion înainte ca totul să meargă în lateral. Bateriile cu stare solidă promit să se încarce de până la șase ori mai repede decât bateriile pe care le folosim în prezent. Aceasta înseamnă să vă încărcați telefonul de la gol la plin în cinci minute sau să încărcați o mașină electrică la 80% în 15.

Capacitatea și dimensiunea energiei

Bateriile cu litiu-ion au în prezent cea mai mare densitate de energie dintre orice tip de baterie vândut publicului. Cu toate acestea, este încă de multe ori mai puțin dens decât benzina. În timp ce bateriile cu stare solidă nu aduc bateriile la egalitate cu gazul, promite să dubleze densitatea energiei pe volum.

Cu alte cuvinte, dacă ai schimbat bateria telefonului folosind un model solid, teoretic ar putea funcționa de două ori mai mult fără a crește în dimensiune. Acesta este încă un alt punct de vânzare important pentru vehiculele electrice, care nu sunt atât de populare pe cât ar putea fi, datorită anxietății de autonomie.

Durata de viață și durabilitate

Majoritatea bateriilor litiu-ion actuale încep să se degradeze după aproximativ 500 de cicluri complete de încărcare-descărcare. După acel moment, bateria începe să-și piardă din capacitate până când abia reține încărcarea. În smartphone-urile, care acum tind să aibă baterii sigilate, acest lucru pune o limită strictă a duratei de viață a dispozitivului. Bateriile cu stare solidă promit să mărească mult această limită. De cinci ori.

Așadar, acolo unde o baterie tipică a unui telefon de uz zilnic ar putea începe să se degradeze după doi până la trei ani, o baterie cu stare solidă ar rămâne la capacitatea sa nominală până la cincisprezece ani. În mașinile electrice, unde înlocuirea bateriilor este extrem de costisitoare, acest lucru ar putea avea un efect dramatic asupra costului de proprietate pentru această clasă de vehicule.

Deficiențe ale bateriei cu stare solidă

Dacă toate acestea sună prea bine pentru a fi adevărat, există câteva avertismente la tehnologie. Unele dintre acestea încă trebuie rezolvate înainte de a se ajunge la adoptarea pe scară largă a tehnologiei bateriilor cu stare solidă.

• Costul este poate cel mai mare dușman. Echipele de cercetare și companiile startup lucrează din greu pentru a face procesul de producție pentru aceste baterii mai ieftin și scalabil. Unele companii pretind că sunt apropiate, dar nu vom ști cât de succes au avut până când nu vom vedea prețurile reale la produsele cu aceste baterii.

• Aceste baterii se luptă și la temperaturi scăzute . Prin urmare, soluțiile care presupun izolarea lor sau menținerea lor la o temperatură bună de funcționare fac parte din provocare.

Când puteți cumpăra baterii cu stare solidă?

Există câteva companii precum Solid Power și QuantumScape, care pretind că sunt la vârful aplicațiilor comerciale de baterii cu stare solidă.

Toyota intenționează să vândă vehicule electrice cu baterii în stare solidă încă din 2021. Atât Solid Power, cât și QuantumScape vizează lansarea bateriilor pentru vehicule în 2022, respectiv 2024. Aceasta înseamnă că în următorii câțiva ani am putea fi chiar la începutul unei revoluții a bateriei.

Asta înainte de a intra în posibilitățile care vin din utilizarea grafenului. Acest material minune promite baterii și mai bune, indiferent dacă au electroliți lichi sau solizi în ele. Obținerea grafenului pentru a juca mingea a ocolit oamenilor de știință și inginerilor mai mult decât se aștepta, dar puteți cumpăra deja un powerbank hibrid cu grafen chiar acum. Cu adevărat, viitorul este aici.