Η τεχνολογία κινητής τηλεφωνίας αυξάνεται εκθετικά, αλλά η τεχνολογία της μπαταρίας δεν συμβαδίζει. Φτάνουμε στα φυσικά όρια των συμβατικών σχεδίων ιόντων λιθίου και πολυμερών λιθίου. Η λύση μπορεί να είναι κάτι που ονομάζεται μπαταρία στερεάς κατάστασης.
Τι είναι μια μπαταρία στερεάς κατάστασης;
Σε μια συμβατική σχεδίαση μπαταρίας - πιο συχνά ιόντων λιθίου - δύο στερεά μεταλλικά ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται με ένα υγρό άλας λιθίου που δρα ως ηλεκτρολύτης. Τα ιοντικά σωματίδια κινούνται από το ένα ηλεκτρόδιο (την κάθοδο) στο άλλο (την άνοδο) καθώς φορτίζεται η μπαταρία και αντίστροφα καθώς αποφορτίζεται. Ο υγρός ηλεκτρολύτης άλατος λιθίου είναι το μέσο που επιτρέπει αυτήν την κίνηση. Εάν έχετε δει ποτέ μια μπαταρία να διαβρώνεται ή να τρυπηθεί, το "οξύ της μπαταρίας" που εκρέει (ή μερικές φορές εκραγεί) είναι ο υγρός ηλεκτρολύτης.
Σε μια μπαταρία στερεάς κατάστασης, τόσο τα θετικά όσο και τα αρνητικά ηλεκτρόδια και ο ηλεκτρολύτης μεταξύ τους είναι στερεά κομμάτια μετάλλου, κράματος ή κάποιου άλλου συνθετικού υλικού. Ο όρος «στερεά κατάσταση» μπορεί να σας υπενθυμίζει μονάδες δεδομένων SSD και αυτό δεν είναι τυχαίο. Οι μονάδες αποθήκευσης στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούν μνήμη flash, η οποία δεν κινείται, σε αντίθεση με έναν τυπικό σκληρό δίσκο, η οποία αποθηκεύει δεδομένα σε έναν περιστρεφόμενο μαγνητικό δίσκο που τροφοδοτείται από έναν μικρό κινητήρα.
Αν και η ιδέα των μπαταριών στερεάς κατάστασης υπήρξε εδώ και δεκαετίες, οι εξελίξεις στην ανάπτυξή τους μόλις ξεκινούν, οι οποίες προωθούνται σήμερα από επενδύσεις από εταιρείες ηλεκτρονικών ειδών, κατασκευαστές αυτοκινήτων και γενικούς βιομηχανικούς παρόχους.
Τι είναι καλύτερο για τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης;
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης υπόσχονται μερικά ξεχωριστά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα ξαδέλφια γεμάτα υγρά: καλύτερη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, ταχύτερους χρόνους φόρτισης και ασφαλέστερη εμπειρία.
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης συμπιέζουν την άνοδο, την κάθοδο και τον ηλεκτρολύτη σε τρία επίπεδα στρώματα αντί να αιωρούν τα ηλεκτρόδια σε έναν υγρό ηλεκτρολύτη. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να τα κάνετε μικρότερα –ή τουλάχιστον πιο κολακευτικά– ενώ κρατάτε τόσο ενέργεια όσο μια μεγαλύτερη μπαταρία με βάση το υγρό. Έτσι, εάν αντικαταστήσατε την μπαταρία ιόντων λιθίου ή λιθίου-πολυμερούς στο τηλέφωνο ή τον φορητό υπολογιστή σας με μια μπαταρία στερεάς κατάστασης του ίδιου μεγέθους, θα είχε πολύ μεγαλύτερη φόρτιση. Εναλλακτικά, μπορείτε να κάνετε μια συσκευή που έχει την ίδια φόρτιση πολύ μικρότερη ή λεπτότερη.
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι επίσης ασφαλέστερες, καθώς δεν υπάρχει διαρροή τοξικού, εύφλεκτου υγρού και δεν παράγουν τόσο θερμότητα όσο οι συμβατικές επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Όταν εφαρμόζεται σε μπαταρίες που τροφοδοτούν τρέχοντα ηλεκτρονικά ή ακόμα και ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ενδέχεται να φορτίζονται πολύ πιο γρήγορα, επίσης - τα ιόντα θα μπορούσαν να κινηθούν πολύ πιο γρήγορα από την κάθοδο στην άνοδο.
Σύμφωνα με την τελευταία έρευνα, μια μπαταρία στερεάς κατάστασης θα μπορούσε να ξεπεράσει τις συμβατικές επαναφορτιζόμενες μπαταρίες κατά 500% ή περισσότερο από την άποψη της χωρητικότητας και να φορτιστεί σε ένα δέκατο του χρόνου.
Ποια είναι τα μειονεκτήματα;
Επειδή οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία, είναι εξαιρετικά ακριβές στην κατασκευή τους. Τόσο ακριβό, στην πραγματικότητα, ότι δεν είναι εγκατεστημένα σε κανένα σημαντικό ηλεκτρονικό επίπεδο καταναλωτή κατά τη στιγμή της γραφής. Το 2012, αναλυτές που γράφουν για το τμήμα Ανάλυσης Λογισμικού και Προηγμένης Επεξεργασίας Υλικού του Πανεπιστημίου της Φλόριντα εκτιμήθηκε ότι μια τυπική μπαταρία στερεάς κατάστασης μεγέθους κινητού τηλεφώνου θα κοστίσει περίπου 15.000 $ για την κατασκευή. Ένα αρκετά μεγάλο για να τροφοδοτήσει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο θα κόστιζε 100.000 $.
Μέρος αυτού οφείλεται στο γεγονός ότι οι οικονομίες κλίμακας δεν υπάρχουν - εκατοντάδες εκατομμύρια επαναφορτιζόμενες μπαταρίες κατασκευάζονται κάθε χρόνο αυτήν τη στιγμή, οπότε το κόστος κατασκευής των υλικών και του εξοπλισμού κατανέμεται σε τεράστιες γραμμές τροφοδοσίας. Υπάρχουν μόνο λίγες εταιρείες και πανεπιστήμια που ερευνούν μπαταρίες στερεάς κατάστασης, οπότε το κόστος παραγωγής καθεμιάς είναι αστρονομικό.
Ένα άλλο ζήτημα είναι τα υλικά. Ενώ οι ιδιότητες διαφόρων μετάλλων, κραμάτων και μεταλλικών αλάτων που χρησιμοποιούνται για συμβατικές επαναφορτιζόμενες μπαταρίες είναι γνωστές, δεν γνωρίζουμε επί του παρόντος την καλύτερη χημική και ατομική σύνθεση για έναν στερεό ηλεκτρολύτη μεταξύ μεταλλικών ανόδων και καθόδων. Η τρέχουσα έρευνα το περιορίζει, αλλά πρέπει να συλλέξουμε πιο αξιόπιστα δεδομένα πριν μπορέσουμε να συλλέξουμε ή να συνθέσουμε τα υλικά και να επενδύσουμε σε διαδικασίες παραγωγής.
Πότε θα χρησιμοποιήσω μια μπαταρία στερεάς κατάστασης;
Όπως συμβαίνει με όλες τις αναδυόμενες τεχνολογίες, το να προσπαθείτε να καταλάβετε πότε θα πάρετε τα χέρια σας είναι εικασία στην καλύτερη περίπτωση.
Είναι ενθαρρυντικό ότι πολλές τεράστιες εταιρείες επενδύουν στην έρευνα που απαιτείται για να φέρουν μπαταρίες στερεάς κατάστασης στην καταναλωτική αγορά, αλλά ντροπαλός για μια σημαντική ανακάλυψη στο άμεσο μέλλον, είναι δύσκολο να πούμε αν θα υπάρξει ένα μεγάλο άλμα προς τα εμπρός. Τουλάχιστον μία εταιρεία αυτοκινήτων λέει ότι θα είναι έτοιμο να το βάλει σε ένα όχημα έως το 2023, αλλά δεν υποθέτει πόσο θα κοστίσει αυτό το αυτοκίνητο. Πέντε χρόνια φαίνεται υπερβολικά αισιόδοξη. δέκα χρόνια φαίνεται πιο πιθανό. Μπορεί να είναι είκοσι χρόνια ή περισσότερο πριν από την επίλυση των υλικών και την ανάπτυξη των διαδικασιών κατασκευής.
Αλλά όπως είπαμε στην αρχή του άρθρου, η συμβατική τεχνολογία μπαταρίας αρχίζει να χτυπά έναν τοίχο. Και δεν υπάρχει τίποτα σαν δυνητικές πωλήσεις για την προώθηση της έρευνας και της ανάπτυξης. Είναι τουλάχιστον ελαφρώς (πολύ, πολύ ελαφρώς) πιθανό να μπορέσετε να χρησιμοποιήσετε σύντομα ένα gadget ή να οδηγήσετε ένα αυτοκίνητο που τροφοδοτείται από μια μπαταρία στερεάς κατάστασης.
Πιστωτική εικόνα: Σουσαράς Γουόνγκπεθ / Shutterstock, Ντάνιελ Κράσον / Shutterstock
