Isinasaalang-alang namin ang karamihan sa teknolohiya sa paligid namin. Halimbawa, ang mga microcomputer para sa mga teleponong gumagana nang hindi nagre-recharge sa buong araw. Ngunit gusto kong gumana ang telepono sa loob ng 3-4 na araw nang hindi nagre-recharge. O isang de-koryenteng kotse na maaaring maglakbay ng 1000 kilometro, mag-charge sa loob ng ilang minuto ... at mas mababa ang halaga kaysa sa isang kotse na may makina ng gasolina. Napakaraming usapan tungkol sa mga solid-state na baterya sa mga nakaraang taon, ngunit kumusta na ang mga bagay-bagay ngayon? At gaano pa ba tayo maghihintay mga solidong baterya napupunta sa loob ng ating mga device?
Ang pinakahuling halimbawa ay ang Toyota, na nag-anunsyo ng solid-state na baterya ng kotse noong Winter Olympics. Ang mga bateryang lithium-ion na ginagamit natin ngayon, gaano man sila kahusay, ay may ilang mga kakulangan na sinusubukang lutasin ng mga solid-state na baterya.
Ano ang pagkakatulad nila?
Ang parehong mga uri ay gumagamit ng lithium upang makagawa ng kuryente at ang kanilang pangkalahatang istraktura ay medyo magkatulad. Sa madaling salita, mayroon silang anode (negative electrode), isang cathode (positive electrode) at isang electrolyte.
Ang kanilang pangunahing pagkakaiba ay nakasalalay sa estado ng electrolyte, na tumutulong upang ilipat ang mga ions mula sa katod sa anode sa panahon ng pagsingil at kabaligtaran sa panahon ng paglabas. Sa madaling salita, kinokontrol ng electrolyte ang daloy ng electric current sa pagitan ng negatibo at positibong panig ng baterya. Habang ang mga lithium-ion na baterya ay gumagamit ng mga likidong electrolyte, ang mga solid-state na baterya, gaya ng ipinahihiwatig ng kanilang pangalan, ay gumagamit ng mga manipis na layer ng solid electrolyte.
Bakit ito mahalaga?
Ang mga solid electrolyte ay may isang bilang ng mga makabuluhang pakinabang:
- Seguridad: pacidic electrolytes pabagu-bago ng isip at madaling mag-apoy sa mataas na temperatura. Hindi tulad nila, ang mga solid electrolyte ay mas matatag at binabawasan ang panganib ng sunog o pagsabog.
- Mas mataas density ng enerhiya at mas mabilis na oras ng pag-charge: pang mas mataas na katatagan ay nangangahulugan na ang mga solid-state na baterya ay maaaring mag-imbak ng 50% na mas maraming enerhiya kaysa sa kanilang mga katapat na lithium-ion, habang ang mga ito ay inaasahang aabot sa 80% na singil sa loob ng 12 minuto.
Sa kaliwa ay nakikita natin ang istraktura ng isang lithium-ion na baterya, at sa kanan ay nakikita natin ang istraktura ng isang solid-state na baterya.
3. Mas magaan na timbang at sukat: Habang ang likido sa loob ng mga baterya ng lithium-ion ay nagpapabigat sa kanila, ang compact na istraktura ng mga solid-state na baterya ay nagbibigay-daan para sa mas mataas na density ng enerhiya sa bawat unit area, na nangangahulugang mas kaunting mga baterya ang kailangan.
Papalitan ba ng mga solid-state na baterya ang mga lithium-ion na baterya?
Sa teorya, oo, o hindi bababa sa kung saan ang mga bagay ay patungo. Sa katunayan, maraming mga automaker ang namumuhunan na sa teknolohiyang ito, kabilang ang Volkswagen, Toyota, Ford at BMW. Gayunpaman, sa pagsasagawa, ang mga cell ng solid-state na baterya ay ginawa ng isa-isa sa mga laboratoryo, at upang dalhin ang mga ito sa mass production - isang mahal at hindi pa sapat na binuong gawain.
Mahirap bumuo ng solid electrolyte na magiging parehong stable, chemically inert at magandang conductor ng mga ions sa pagitan ng mga electrodes. Bilang karagdagan, ang mga electrolyte ay masyadong mahal para sa paggawa at madaling mag-crack dahil sa kanilang brittleness kapag pinalawak at pinipiga habang ginagamit. Ngunit marahil habang ang mga baterya ng lithium-ion ay unti-unting nagiging mas abot-kaya, mangyayari ito.
Anong mga pag-aaral ang nagawa na?
Sa mga nagdaang taon, maraming mga kagiliw-giliw na pag-aaral ang isinagawa, na naglalayong malutas ang problemang ito. Ang mga mananaliksik ng MIT ay nakabuo ng tinatawag na mixed ion-electron conductors (MIECs), pati na rin ang electronic at lithium-ion insulators (ELIs). Ito ay isang three-dimensional na cellular architecture na may nanoscale MIEC tubes. Ang mga tubo ay puno ng lithium, na bumubuo sa anode. Ang isang mahalagang bahagi ng pagtuklas na ito ay ang cellular na istraktura ay nagbibigay-daan sa espasyo para sa lithium na lumawak at makontra habang nagcha-charge at naglalabas. Ang "paghinga" na ito ng baterya ay pumipigil sa mga bitak. Ang coating ng ELI tubes ay nagsisilbing hadlang na nagpoprotekta sa kanila mula sa solid electrolyte. Ito ang istraktura ng isang solid-state na baterya, na nagliligtas sa amin mula sa pangangailangang magdagdag ng anumang likido o gel, at samakatuwid ay nagbibigay-daan sa amin na maiwasan ang mga dendrite.
Isang kumpanya ang tumawag Ion Storage Systems nakabuo ng ultrathin ceramic electrolyte na may kapal na halos 10 micrometers, halos kapareho ng kapal ng mga modernong plastic separator na gumagamit ng mga likidong electrolyte. Ang bawat gilid ng ceramic electrolyte ay pinahiran ng isang super-manipis na layer ng aluminum oxide na tumutulong na mabawasan ang resistensya. Ang prototype ng baterya ay may kapasidad ng enerhiya na humigit-kumulang 300 Wh/kg at maaaring ma-charge sa loob ng 5-10 minuto. Para sa paghahambing: ang mga modernong NCA na baterya ay umaabot sa kapasidad ng enerhiya na humigit-kumulang 250 Wh/kg.
Sa eksibisyon CES ngayong taon, ipinakita ng Mecedes ang AVTR concept car, na gawa sa mga materyal na environment friendly, na mayroon ding ganap na recyclable na baterya. Sa isang panayam, sinabi ni Mercedes Senior Battery Research Manager Andreas Hintennach na ang teknolohiya ng baterya ay kasalukuyang sumasailalim sa pagsubok sa laboratoryo at magiging handa sa loob ng 10-15 taon. Nakabuo din ang CATL (kasosyo sa bateryang Tsino ng Tesla) ng sample na solid-state na baterya, ngunit iniulat nila na hindi ito tatama sa merkado hanggang 2030.
Inaasahan ang patuloy na paggawa ng mga solid-state na baterya aayusin mula 2025, ngunit sa una ay hindi sa industriya ng automotive.
Basahin din: