Как се сравняват твърдотелните батерии с литиево-йонните?

Твърди батериипредлагат два пъти по-висока енергийна плътност от литиево-йонните батерии, с повишена безопасност и удължен живот. Те демонстрират по-голяма издръжливост при големи натоварвания и работят по-добре в по-широк температурен диапазон.

Твърдотелните батерии се зареждат по-бързо и издържат по-дълго

В сравнение с традиционните литиево-йонни батерии, твърдотелните батерии се зареждат по-бързо, работят при по-ниски температури и съхраняват повече енергия в по-малко пространство.

Тези батерии заменят запалимите течности в стандартните клетки с по-безопасни, по-ефективни твърди материали. Докато на текущите батерии може да са им необходими 30 до 45 минути, за да достигнат 80% заряд, твърдотелните батерии могат да намалят това до 12 минути, а в някои случаи само 3 минути.

Професор по машинно инженерство обясни, че тези предимства в крайна сметка произтичат от химията и инженерството. „Като елиминираме течностите и използваме стабилни твърди материали, можем безопасно да опаковаме повече енергия в батерията наведнъж без риск от прегряване или пожар“, каза той.

Традиционните литиево-йонни батерии преместват литиевите йони - частици, които носят електрически заряд - през течен електролит. Тази течност обаче се разгражда с времето, ограничавайки скоростите на зареждане и създавайки опасност от пожар. Твърдите батерии използват твърди материали, създавайки по-безопасна и по-стабилна среда за литиево-йонно движение. Това позволява по-бързо и по-ефективно зареждане с по-малко опасения за безопасността.

Твърдият материал вътре в тези батерии се нарича електролит в твърдо състояние.

Прегледът подчертава три основни вида: на сулфидна основа, на оксидна основа и на полимерна основа. Всеки тип има различни предимства: някои позволяват на йоните да се движат по-бързо, други предлагат по-добра дългосрочна стабилност или са по-лесни за производство. Сред тях се открояват сулфидните електролити, които се представят почти толкова добре, колкото течностите в настоящите батерии без техните недостатъци.

Твърди батериисъщо са склонни да използват литий по-ефективно. Много дизайни включват литиеви метални слоеве, които съхраняват повече енергия в по-малко пространство от графитните слоеве, използвани в настоящите батерии. Това означава, че твърдотелните батерии могат да бъдат по-леки и по-малки, като същевременно захранват устройствата толкова дълго, дори по-дълго.

Целта на този преглед е да насочи изследователите и инженерите към ускоряване на разработването, мащабируемостта и практическото внедряване на системи в твърдо състояние.

Предизвикателствата обаче остават. Масовото производство на тези батерии остава трудно и скъпо. По-долу е описана пътна карта за справяне с тези проблеми, включително разработване на по-добри материали, подобряване на взаимодействията между компонентите на батерията и усъвършенстване на производствените техники за опростяване на производството.

Нови електролитни материали

Натриево-йонни батерии: Изследователите проучват натриево-йонни алтернативи, които предлагат потенциална рентабилност, като същевременно запазват предимствата на твърдото състояние.

Керамични композити: Тези материали показват по-висока стабилност и издръжливост в сравнение с традиционните електролити, което ги прави фокус на текущи изследвания.

Иновации в производството

3D печат: Този метод позволява сложни структури, подобрява производителността на батерията и намалява загубата на материали.

Обработка от ролка до ролка: Тази мащабируема производствена техника има за цел да намали производствените разходи, правейки твърдотелните батерии по-достъпни за различни приложения.

Системи за управление на батерията (BMS)

Интелигентни технологии: Подобрената BMS технология оптимизира циклите на зареждане чрез наблюдение на здравето на батерията, значително удължавайки живота. Потърсете системи, които балансират скоростите на зареждане и разреждане, за да увеличите максимално здравето на батерията.

Заключение

Твърди батериипроправят пътя за нова ера в съхранението на енергия. Тяхната впечатляваща дълготрайност и издръжливост предлагат обещаваща алтернатива на традиционните литиево-йонни батерии. Като разберете факторите, влияещи на техния живот, можете да вземате информирани решения, когато ги използвате във вашите устройства.