Ce este o baterie solidă și care vor rezolva problemele de viață ale bateriei noastre?

Tehnologia mobilă crește în mod exponențial, dar tehnologia bateriilor nu se menține. Atingem limitele fizice ale ceea ce pot face modelele convenționale de litiu-ion și litiu-polimer. Soluția ar putea fi ceva numit baterie solidă.

Ce este o baterie solidă??

Într-un design convențional al bateriilor - cel mai frecvent litiu-ion - doi electrozi metalici solizi sunt utilizați cu o sare lichidă de litiu care acționează ca un electrolit. Particulele ionice se deplasează de la un electrod (catod) la celălalt (anodul) în timp ce se încarcă bateria și în sens invers în timp ce se descarcă. Electrolitul cu sare de litiu lichid este mediul care permite această mișcare. Dacă ați văzut vreodată o corodare a bateriei sau o perforare, "acidul de baterie" care risipește (sau uneori explodează) este electrolitul lichid.

Într-o baterie solidă, atât electrozii pozitivi, cât și negativi, precum și electrolitul între ele sunt bucăți solide de metal, aliaj sau alt material sintetic. Termenul "solid-state" vă poate aminti de driverele de date SSD și nu este o coincidență. Unitățile de stocare pe unități de stocare utilizează o memorie flash care nu se mișcă, spre deosebire de un hard disk standard, care stochează date pe un disc magnetic rotativ alimentat de un motor mic.

Deși ideea de baterii solide a fost în jur de zeci de ani, progresele în dezvoltarea lor sunt doar începutul, stimulat în prezent de investițiile companiilor de electronice, producătorilor de mașini și furnizorilor industriali generali.

Ce este mai bine despre bateriile solid-state?

Solid-state baterii promite câteva avantaje distincte față de verii lor plini de lichide: o viață mai bună a bateriei, timpi de încărcare mai rapizi și o experiență mai sigură.

Bateriile cu acumulator solid comprimă anodul, catodul și electrolitul în trei straturi plane în loc de a suspenda electrozii într-un electrolit lichid. Asta inseamna ca le puteti face mai mici - sau cel putin, mai placute - in timp ce tineti cat mai multa energie ca o baterie mai mare pe baza de lichide. Deci, dacă ați înlocuit bateria litiu-ion sau litiu-polimer în telefon sau laptop cu o baterie solidă de aceeași mărime, ar avea o încărcare mult mai lungă. În mod alternativ, puteți face un dispozitiv care să dețină aceeași încărcare mult mai mic sau mai subțire.

Bateriile solid-state sunt, de asemenea, mai sigure, deoarece nu există lichid toxic, inflamabil care să se varsă și nu furnizează prea multă căldură ca bateriile reîncărcabile convenționale. Atunci când sunt aplicate la bateriile care electronice de curent curent sau chiar automobile electrice, s-ar putea reîncărca mult mai repede, prea-ionii ar putea muta mult mai repede de la catod la anod.

Potrivit celor mai recente cercetări, o baterie solidă ar putea depăși bateriile reîncărcabile convenționale cu 500% sau mai mult în termeni de capacitate și se poate încărca într-o zecime de timp.

Care sunt dezavantajele??

Deoarece bateriile cu acumulatoare solide reprezintă o tehnologie emergentă, ele sunt incredibil de costisitoare de fabricat. Atât de scumpe, de fapt, că nu sunt instalate în nici o electronică majoră pentru consumatori în momentul scrierii. În 2012, analiștii care scriu pentru departamentul de analiză software din cadrul Universității din Florida și departamentul de prelucrare avansată a materialelor estimează că o baterie tipică pentru telefonul mobil de dimensiuni mari ar costa aproximativ 15.000 de dolari pentru fabricare. Unul suficient de mare pentru a propulsa o mașină electrică ar costa 100.000 de dolari.

Efectuarea unei baterii solide, suficient de mare pentru alimentarea telefonului, costă astăzi mii de dolari.

O parte din acest lucru se datorează faptului că nu există economii de scară - în fiecare an se fabrică sute de milioane de baterii reîncărcabile, astfel încât costurile de producție ale materialelor și echipamentelor sunt împărțite pe linii de aprovizionare imense. Există doar câteva companii și universități care caută baterii solide, astfel încât costul pentru producerea fiecăruia este astronomic.

O altă problemă este materialele. În timp ce proprietățile diferitelor metale, aliaje și săruri metalice utilizate pentru bateriile reîncărcabile convenționale sunt bine cunoscute, în prezent nu cunoaștem cea mai bună compoziție chimică și atomică pentru un electrolit solid între anozi metalici și catozi. Cercetările curente reduc acest lucru, dar trebuie să colectăm date mai fiabile înainte de a putea aduna sau sintetiza materialele și să investim în procesele de fabricație.

Când voi folosi o baterie solidă?

Ca și în cazul tuturor tehnologiilor emergente, încercarea de a vă da seama când veți obține mâinile pe ea este presupunerea în cel mai bun caz.

Este încurajator faptul că multe corporații enorme investesc în cercetarea necesară pentru a aduce bateriile solid-state pe piața de consum, dar timid de un progres major în viitorul imediat, este greu de spus dacă va fi un salt mare înainte. Cel puțin o companie de automobile spune că va fi gata să pună unul într-un vehicul până în 2023, dar nu ghicește cât de mult ar putea costa mașina. Cinci ani pare prea optimist; zece ani pare mai probabil. Ar putea fi de douăzeci de ani sau mai mult înainte ca materialele să fie soluționate și să se dezvolte procesele de fabricație.

Dar, după cum am spus la începutul articolului, tehnologia bateriilor convenționale începe să lovească un zid. Și nu există nimic ca vânzările potențiale pentru a stimula cercetarea și dezvoltarea. Este posibil cel puțin puțin (foarte, foarte ușor) să utilizați un obiect gadget sau să conduceți o mașină alimentată de o baterie solidă în curând.

Image credit: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock