A mobil technológia exponenciálisan növekszik az energiában, de az akkumulátortechnika nem tartja lépést. Elérjük a fizikai korlátokat annak, amit a hagyományos lítium-ion és lítium-polimer minták képesek megtenni. A megoldás lehet egy szilárdtest-akkumulátor.
Mi a szilárdtest-akkumulátor?
Hagyományos akkumulátor-kivitelben - leggyakrabban lítium-ionban - két szilárd fém elektródát használnak, folyékony lítiumsóval, amely elektrolitként működik. Az ionos részecskék az egyik elektródról (a katódról) a másikra (az anódra) mozognak, amikor az akkumulátor töltődik, és megfordul, miközben kisül. A folyékony lítiumsó-elektrolit az a közeg, amely lehetővé teszi ezt a mozgást. Ha valaha látta, hogy az akkumulátor korrodálódik vagy kilyukad, akkor a folyékony elektrolit az „akkumulátorsav”, amely kifolyik (vagy néha felrobban).
A szilárdtest-akkumulátorban mind a pozitív, mind a negatív elektróda és a közöttük lévő elektrolit szilárd fémdarab, ötvözet vagy valamilyen más szintetikus anyag. A „szilárdtest” kifejezés emlékeztethet az SSD-meghajtókra , és ez nem véletlen. A szilárdtestalapú tároló meghajtók flash memóriát használnak, amely nem mozog, szemben a szokásos merevlemezzel, amely egy apró motorral hajtott forgó mágneslemezen tárolja az adatokat.
Noha a szilárdtest-akkumulátorok gondolata évtizedek óta létezik, fejlődésük fejlődése csak most kezdődik, amelyet jelenleg az elektronikai vállalatok, az autógyártók és az általános ipari szolgáltatók beruházásai ösztönöznek.
Mi a jobb a szilárdtest-elemeknél?
A szilárdtest-akkumulátorok néhány különféle előnyt ígérnek folyadékkal töltött unokatestvéreikkel szemben: jobb akkumulátor-élettartam, gyorsabb töltési idő és biztonságosabb élmény.
A szilárdtest-akkumulátorok az anódot, a katódot és az elektrolitot három lapos rétegbe sűrítik, ahelyett, hogy az elektródákat folyékony elektrolitban szuszpendálnák. Ez azt jelenti, hogy kisebbé teheti őket - vagy legalábbis laposabbá -, miközben annyi energiát takarít meg, mint egy nagyobb folyadékalapú akkumulátor. Tehát, ha kicserélné a telefon vagy a laptop lítium-ion vagy lítium-polimer akkumulátorát egy azonos méretű szilárdtest-akkumulátorra, akkor sokkal hosszabb töltöttséget kapna. Alternatív megoldásként készíthet egy eszközt, amely ugyanazt a töltést tartja, sokkal kisebb vagy vékonyabb.
A szilárdtest-akkumulátorok is biztonságosabbak, mivel nincs mérgező, gyúlékony folyadék, amely kiömlik, és nem adnak ki annyi hőt, mint a hagyományos újratölthető elemek. Ha a jelenlegi elektronikát vagy akár elektromos autókat tápláló akkumulátorokra alkalmazzák, akkor azok is sokkal gyorsabban tölthetők fel - az ionok sokkal gyorsabban mozoghatnak a katódtól az anódig.
A legfrissebb kutatások szerint a szilárdtest-akkumulátor kapacitását tekintve 500% -kal vagy annál is jobban képes felülmúlni a hagyományos újratölthető akkumulátorokat, és az idő tizedével feltöltődhet.
Melyek a hátrányok?
Mivel a szilárdtest-elemek új technológiák, hihetetlenül drágák gyártani. Annyira drága, hogy az írás idején egyetlen nagyobb fogyasztói minőségű elektronikába sem telepítik őket. 2012-ben, elemzők a Floridai Egyetem Szoftverelemzés és Fejlett Anyagfeldolgozás részlegéhez becslések szerint egy tipikus mobiltelefon méretű szilárdtest-akkumulátor gyártása körülbelül 15 000 dollárba kerül. Elég nagy egy elektromos autó meghajtásához 100 000 dollárba kerülne.
Ennek része az az oka, hogy a méretgazdaságosság nem áll rendelkezésre - évente több száz millió újratölthető elem készül, így az anyagok és berendezések gyártási költségei hatalmas ellátási vonalakon oszlanak meg. Csak néhány vállalat és egyetem kutatja a szilárdtest-elemeket, ezért az egyes termékek előállításának költségei csillagászatiak.
Más kérdés az anyagok. Noha a hagyományos újratölthető akkumulátorokhoz használt különféle fémek, ötvözetek és fémsók tulajdonságai jól ismertek, jelenleg nem ismerjük a fém anódok és katódok közötti szilárd elektrolit legjobb kémiai és atomi összetételét. A jelenlegi kutatások ezt szűkítik, de megbízhatóbb adatokra van szükségünk, mielőtt összegyűjthetnénk vagy szintetizálhatnánk az anyagokat és befektethetnénk a gyártási folyamatokba.
Mikor fogom használni a szilárdtest-akkumulátort?
Mint minden feltörekvő technológiánál, a legjobb esetben is találgatás, ha megpróbálod kitalálni, mikor fogod a kezedbe venni.
Biztató, hogy sok hatalmas vállalat fektet be a szilárdtest-akkumulátorok fogyasztói piacra juttatásához szükséges kutatásba, ám a közvetlen jövőben komoly áttöréstől elzárva nehéz megmondani, hogy lesz-e nagy előrelépés. Legalább egy autótársaság azt állítja, hogy 2023-ig készen áll majd a járműbe, de nem sejti, hogy ez az autó mennyibe kerülhet. Öt év túl optimistának tűnik; tíz év valószínűbbnek tűnik. Húsz vagy több év is eltelhet, mire az anyagok rendeződnek és a gyártási folyamatok kidolgozásra kerülnek.
De ahogy a cikk elején mondtuk, a hagyományos akkumulátor-technika kezd falnak ütközni. És semmi sem hasonlít a potenciális értékesítésekre a kutatás és a fejlesztés számára. Legalább kissé (nagyon, nagyon kissé) lehetséges, hogy hamarosan használhat egy modult vagy vezethet egy szilárdtest-akkumulátorral működő autót.
Kép jóváírása: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock
