Как твердотельные аккумуляторы могут изменить мир электроники и транспорта

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

На сегодняшний день, большинство электронных устройств, от смартфонов до электромобилей, используют литий-ионные аккумуляторы, которые состоят из жидкого или гелевого электролита и двух электродов. Эти аккумуляторы имеют ряд недостатков, таких как ограниченная емкость, высокая стоимость, риск перегрева и возгорания, а также негативное воздействие на окружающую среду.

Иллюстрация производтства твердотельных АКБ
Иллюстрация производтства твердотельных АКБ
Автор: Phonlamai/Shutterstock Источник: www.newscientist.com

Твердотельные аккумуляторы — это альтернативный тип батарей, использующие твердый электролит. Такие аккумуляторы потенциально решают многие проблемы литий-ионных, такие как пожароопасность, ограниченное напряжение, нестабильное образование твердого электролитического интерфейса, маленький цикл разряда/заряжания и прочность.

Твердотельные батареи не являются новым изобретением — твердые электролиты были созданы в 19 веке Майклом Фарадеем, и они в настоящее время используются в медицинских имплантах. Но техника производства их была дорогой и сложной, а также имелись проблемы с совместимостью материалов и производительностью.

Однако в последние годы появились новые разработки в области твердотельных аккумуляторных батарей, особенно в контексте электрических транспортных средств, начиная с 2010-х годов. В 2011 году был продемонстрирован первый твердотельный электролит, Li10GeP2S12 (LGPS), способный достигать объемной ионной проводимости, превышающей жидкие электролиты при комнатной температуре.

Автор: Bing image creator

С тех пор появилось множество других кандидатов на роль твердотельных электролитов, таких как керамика (например, оксиды, сульфиды, фосфаты) и твердые полимеры. Также были предложены различные способы улучшения свойств твердотельных АКБ, такие как использование наночастиц, композитов, интерфейсных покрытий.

Твердотельные АКБ имеют ряд преимуществ перед литий-ионными, такие как:

  • Большая безопасность: твердый электролит не подвержен утечке, испарению или воспламенению при повреждении или перегрузке.
  • Большая емкость: твердый электролит позволяет использовать больше активного материала на единицу объема или массы, а также использовать литий-металлический анод вместо литий-углеродного, что увеличивает емкость на 50-100%.
  • Большая энергоэффективность: твердый электролит обладает меньшим сопротивлением и меньшей деградацией при зарядке и разрядке, что снижает потери энергии и увеличивает срок службы батареи.
  • Меньшее загрязнение окружающей среды: твердотельные батареи не содержат токсичных или дефицитных элементов, к примеру как кобальт или фтор, и легко поддаются переработке или утилизации.

Однако они также сталкиваются с рядом вызовов, мешающими их широкому внедрению, таких как:

  • Низкая мощность: твердый электролит имеет меньшую ионную проводимость, чем жидкий, особенно при низких температурах, а это ограничивает скорость зарядки и разрядки батареи.
  • Высокая цена: твердотельные батареи требуют более сложных и дорогих процессов производства и сборки, чем литий-ионные, а также более высокого качества материалов и оборудования.
  • Низкая надежность: твердый электролит подвержен трещинообразованию, деформации и разрушению при механическом нагружении или термическом циклировании, а также несовместимости с электродами, которые могут вызывать образование паразитных фаз или проникновение лития.

В настоящее время твердотельные аккумуляторы, способные конкурировать на рынке, ограничены малыми ячейками. Первые коммерчески доступные твердотельные аккумуляторы — это тонкопленочные батареи, которые являются наноразмерными батареями, состоящими из слоистых материалов, которые функционируют как электроды и электролиты.

Несколько компаний и организаций заявляют о своих достижениях в области разработки твердотельных батарей для крупномасштабных приложений, таких как электромобили. Например, компания Toyota планирует запустить свой первый электромобиль на твердотельных батареях в 2025 году. Компания QuantumScape, поддерживаемая Volkswagen, утверждает, что ее твердотельные батареи могут заряжаться до 80% за 15 минут и иметь на 80% большую емкость, чем литий-ионные батареи. Агентство DARPA финансирует проект ReCell, который направлен на создание твердотельных батарей с возможностью самовосстановления.

Таким образом, твердотельные батареи представляют собой перспективное направление в области хранения энергии, которое может принести революцию в различных отраслях и сферах жизни.

6 комментариев

Добавить комментарий

117761741623972036796@google
К 30 году поидут в серию, тайота вроде обещает в 27-28 году начать их выпускать, но думаю пару лет можно и нужно накинуть сверху, как запас… но главное стоимость самих АКБ и надёжность от деформации во время эксплуатации...
Потом наверное начнут уже и грузовики выпускать на АКБ массово, если проблемы с дефицитом меди и других металлов не затормозит весь этот процесс…
A
Наоборот, твердый электролит на минусе работает лучше т.к. не замерзает, он уже замерзший) посмотрите характеристики полимерных электролитических конденсаторов, они все до -55гр
113780221703187708466@google
Когда уже Росатом сделает ДЕШЁВУЮ батарею на ИЗОТОПАХ? Пока только для спутников делают! ?
B
И будут вас звать ваше Сиятельство.
1
Физику не обмануть большая токоодача за счёт низкого внутреннего сопротивления, а при отдаче тока сопротивление растёт. Проще говоря тратил тоже много энергии выделяет и при этом не жидкий.
237356979@vkontakte
и где же илон муск который уже давно анонсировал и даже делал презентацию производства аккумулятора с твердым электролитом?!

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Марс еще жив? Странные выбросы газа разбудили спор о действующих вулканах

Чтобы выяснить, сохранилась ли внутри планеты геологическая активность, исследователи обычно используют два инструмента: инфракрасные камеры и газовые спектрометры. Камеры ищут на поверхности...

Трампмаск проиграл демократам на выборах, а также распродажа ИИ-акций: главное за неделю

Самые интересные новости финансов и технологий в России и мире за неделю: государство требует 10% российского компьюта, американцы не хотят видеть новые датацентры, Anthropic может отложить...

Канадское озеро разделили пластиковой стеной и удобряли две половины по-разному — одна из них позеленела за один сезон

В 1973 году в небольшом озере на северо-западе канадской провинции Онтарио появилась странная конструкция. Через узкую перемычку между двумя его чашами протянули непроницаемую пластиковую завесу,...

Почему большие колонки исчезают из квартир, хотя хороший звук стал доступнее

Ещё лет тридцать назад две большие колонки в гостиной никого не удивляли. Между ними стоял усилитель, магнитофон или проигрыватель пластинок. Аппаратура занимала немало места, провода тянулись за...

Почему для записи на многих магнитофонах нажимали сразу две кнопки — REC и PLAY

Чтобы послушать кассету, достаточно было нажать PLAY. Но для записи песни с радио на многих магнитофонах требовалось утопить сразу две соседние клавиши — REC и PLAY. По названиям...

Оптический контроль инерции: как логика магнитофона «Электроника ТА1-003» спасала тонкий лавсан

Стационарный катушечный магнитофон высшей группы сложности «Электроника ТА1-003» пошел в серию в 1979 году на фрязинском заводе «Рений», а в 1980 году сборку развернули на мощностях кировского...