Большая разница между твердотельными батареями и батареями других типов заключается в том, что используются твердые электролиты, а не жидкие электролиты, которые используются в других батареях. Литий-ионные аккумуляторы пережили технологический прогресс, но эксперты широко считают, что литий-ионная технология достигла пределов своей эффективности. Для следующего шага в будущее потребуется аккумулятор другого типа, и именно здесь твердотельные батареи вступают в игру.
Твердотельные батареи меньше, легче и обладают большей плотностью энергии, чем литий-ионные батареи на основе жидких электролитов. Основной проблемой для их широкого внедрения был поиск твердого электролита с достаточной проводящей емкостью для больших батарей, а также метода производства, который позволил бы уменьшить размер.
Как работает аккумулятор?
Все батареи состоят из трех основных частей: анода, катода и электролита. Батарея работает, потому что заряженные ионы хотят перейти от отрицательного электрода к положительному через электролит. Это происходит потому, что тщательно подобранные компоненты батареи вызывают химическую реакцию, в которой образуются свободные электроны. В результате на катоде аккумулятора накапливается положительный заряд. Это притягивает отрицательно заряженные свободные электроны от анода. Эти свободные электроны хотят перейти от положительного электрода к отрицательному. По мере того, как они это делают, они питают ваше устройство.
Имейте в виду, что электрические и химические силы всегда должны уравновешиваться. Вы можете представить заряженный аккумулятор как вращающуюся в одном направлении прокрутку. Заряды хотят скользить по этой поверхности, пока не установится реакция. Повторная зарядка всех ионов возвращает их в исходное положение. Представьте, что процесс зарядки подпитывает наши неуравновешенные колебания из предыдущей метафоры.
Чем современные аккумуляторы лучше?
Только некоторые материалы могут действовать как батареи, поэтому компоненты следует выбирать очень тщательно, исходя из их химических свойств. В результате развитие технологии аккумуляторов предполагает либо повышение эффективности существующего материала аккумулятора, либо открытие новых материалов, которые работают лучше. И поскольку мы рассмотрели все очевидные места для улучшения аккумуляторов, теперь нам нужно начать искать под скалами нанотехнологий и материаловедения. Твердотельные батареи - одно из открытий, появившихся в результате этого процесса, в которых используются разные электролиты для достижения той же цели, что и любой другой тип батареи, но они быстрее, дешевле и менее подвержены взрыву.
Лучшим электролитом для замены литий-ионных батарей является стеклянный электролит на основе натрия. По словам исследователей, батарея со стеклянным электролитом производит в три раза больше энергии, чем литий-ионная батарея. Натрия, необходимого для производства этих батарей, достаточно. Это значительно снижает воздействие производства аккумуляторов на окружающую среду.
Чем твердотельные батареи лучше?
Твердотельные батареи улучшают качество литий-ионных батарей за счет использования твердого электролита вместо жидкого электролита или полимера. Это происходит только потому, что это изменение улучшает почти все свойства аккумулятора. Твердотельные батареи соответствуют всем критериям нашей фантастической аккумуляторной технологии. Они легкие, имеют низкое воздействие на окружающую среду, содержат большое количество компонентов, менее подвержены возгоранию и обладают большей прочностью.
Единственная проблема - это процесс изготовления. Мы все еще думаем, как сделать эти батареи дешевыми и масштабными. В настоящее время твердотельные батареи очень дороги в больших масштабах. К счастью, мы очень хорошо умеем находить новые способы сделать вещи более эффективными. В конечном итоге твердотельные батареи должны вернуться к экономии за счет масштаба и получить широкое распространение.
Для чего нужны твердотельные батареи?
Твердые батареи могут стать лучше с каждым устройством, в котором есть батарея. Это особенно привлекательно для производителей электромобилей. Такие компании, как Tesla, проектируют автомобиль на аккумуляторной батарее. Это важнейший элемент, определяющий большинство характеристик автомобиля. Отраслевые аналитики ожидают, что вы увидите широкое распространение электромобилей только тогда, когда пробег между зарядками будет соответствовать или превышать транспортные средства с бензиновым двигателем. Твердотельные батареи могут стать билетом в это будущее.
