Як твердотільні батареї відрізняються від літій-іонних?

Твердотільні акумуляторипропонують вдвічі більшу щільність енергії, ніж літій-іонні батареї, з підвищеною безпекою та збільшеним терміном служби. Вони демонструють більшу міцність при великих навантаженнях і працюють краще в широкому діапазоні температур.

Твердотільні батареї заряджаються швидше і служать довше

Порівняно з традиційними літій-іонними батареями, твердотільні батареї заряджаються швидше, працюють при нижчих температурах і зберігають більше енергії в меншому просторі.

Ці батареї замінюють легкозаймисті рідини в стандартних елементах безпечнішими та ефективнішими твердими матеріалами. У той час як поточним батареям може знадобитися від 30 до 45 хвилин, щоб досягти 80% заряду, твердотільні батареї можуть скоротити цей час до 12 хвилин, а в деяких випадках лише до 3 хвилин.

Професор машинобудування пояснив, що ці переваги зрештою походять від хімії та інженерії. «Виключаючи рідини та використовуючи стабільні тверді матеріали, ми можемо безпечно додати більше енергії в батарею одночасно без ризику перегріву або пожежі», — сказав він.

Традиційні літій-іонні батареї переміщують іони літію — частинки, які несуть електричний заряд — через рідкий електроліт. Однак ця рідина з часом руйнується, обмежуючи швидкість заряджання та створюючи небезпеку пожежі. У твердотільних батареях використовуються тверді матеріали, що створює безпечніше та стабільніше середовище для літій-іонного руху. Це забезпечує швидшу та ефективнішу зарядку з меншими проблемами безпеки.

Твердий матеріал усередині цих батарей називається твердотільним електролітом.

В огляді виділено три основні види: на основі сульфідів, на основі оксидів і на основі полімерів. Кожен тип має певні переваги: ​​одні дозволяють іонам рухатися швидше, інші забезпечують кращу довготривалу стабільність або їх легше виготовити. Серед них виділяються сульфідні електроліти, які працюють майже так само добре, як і рідини в сучасних батареях без їхніх недоліків.

Твердотільні акумуляторитакож мають тенденцію до більш ефективного використання літію. Багато конструкцій мають металеві літієві шари, які зберігають більше енергії в меншому просторі, ніж шари графіту, які використовуються в сучасних батареях. Це означає, що твердотільні батареї можуть бути легшими та меншими, водночас живлячи пристрої стільки ж, а то й довше.

Мета цього огляду — допомогти дослідникам та інженерам прискорити розробку, масштабованість і практичне розгортання твердотільних систем.

Однак проблеми залишаються. Масове виробництво цих батарей залишається складним і дорогим. Дорожня карта для вирішення цих проблем наведена нижче, включаючи розробку кращих матеріалів, покращення взаємодії між компонентами батареї та вдосконалення виробничих технологій для спрощення виробництва.

Нові електролітні матеріали

Натрієво-іонні батареї: дослідники досліджують альтернативи натрієво-іонним акумуляторам, які пропонують потенційну економічну ефективність, зберігаючи переваги твердотільного акумулятора.

Керамічні композити: ці матеріали демонструють вищу стабільність і довговічність порівняно з традиційними електролітами, що робить їх об’єктом поточних досліджень.

Інновації у виробництві

3D-друк: цей метод дозволяє створювати складні конструкції, підвищуючи продуктивність батареї та зменшуючи відходи матеріалу.

Рулонна обробка: ця масштабована техніка виробництва спрямована на зниження витрат виробництва, що робить твердотільні батареї більш доступними для різноманітних застосувань.

Системи керування акумулятором (BMS)

Розумні технології: покращена технологія BMS оптимізує цикли заряджання, відстежуючи стан акумулятора, значно подовжуючи термін служби. Шукайте системи, які збалансують швидкість заряджання та розряджання, щоб максимально підвищити працездатність акумулятора.

Висновок

Твердотільні акумуляторипрокладають шлях до нової ери в накопиченні енергії. Їх вражаюча довговічність і довговічність є багатообіцяючою альтернативою традиційним літій-іонним акумуляторам. Розуміючи фактори, що впливають на їх термін служби, ви можете приймати обґрунтовані рішення щодо використання їх у своїх пристроях.