Tehnologia mobilă crește în mod exponențial, dar tehnologia bateriei nu ține pasul. Am atins limitele fizice ale ceea ce pot face proiectele convenționale litiu-ion și litiu-polimer. Soluția ar putea fi ceva numit o baterie solid-state.
Ce este o baterie solidă?
Într-un design convențional al bateriei - cel mai frecvent litiu-ion - doi electrozi metalici solizi sunt utilizați cu o sare lichidă de litiu care acționează ca un electrolit. Particulele ionice se deplasează de la un electrod (catodul) la celălalt (anodul) pe măsură ce bateria se încarcă și invers, pe măsură ce se descarcă. Electrolitul lichid de sare de litiu este mediul care permite această mișcare. Dacă ați văzut vreodată o baterie corodându-vă sau v-ați perforat, „acidul bateriei” care curge (sau uneori explodează) este electrolitul lichid.
Într-o baterie în stare solidă, atât electrozii pozitivi cât și negativi, precum și electrolitul dintre ei sunt piese solide de metal, aliaj sau alt material sintetic. Termenul „stare solidă” s-ar putea să vă amintească de unitățile de date SSD și asta nu este o coincidență. Unitățile de stocare în stare solidă utilizează memorie flash, care nu se mișcă, spre deosebire de un hard disk standard, care stochează date pe un disc magnetic rotativ alimentat de un motor mic.
Deși ideea bateriilor în stare solidă există de zeci de ani, progresele în dezvoltarea lor abia încep, stimulate în prezent de investițiile companiilor electronice, producătorilor auto și furnizorilor industriali generali.
Ce este mai bun la bateriile solid-state?
Bateriile în stare solidă promit câteva avantaje distincte față de verii lor plini de lichid: o durată mai bună de viață a bateriei, durate de încărcare mai rapide și o experiență mai sigură.
Bateriile în stare solidă comprimă anodul, catodul și electrolitul în trei straturi plate în loc să suspende electrozii într-un electrolit lichid. Asta înseamnă că le puteți face mai mici - sau cel puțin mai plate - în timp ce dețineți la fel de multă energie ca o baterie mai mare pe bază de lichid. Așadar, dacă înlocuiți bateria litiu-ion sau litiu-polimer din telefon sau laptop cu o baterie solidă de aceeași dimensiune, s-ar încărca mult mai mult. Alternativ, puteți face un dispozitiv care deține aceeași încărcare mult mai mic sau mai subțire.
Bateriile în stare solidă sunt, de asemenea, mai sigure, deoarece nu există lichide toxice și inflamabile de vărsat și nu produc la fel de multă căldură ca bateriile reîncărcabile convenționale. Atunci când sunt aplicate pe baterii care alimentează electronica curentă sau chiar pe mașinile electrice, s-ar putea reîncărca și ele mult mai repede - ionii s-ar putea deplasa mult mai repede de la catod la anod.
Conform celor mai recente cercetări, o baterie solid-state ar putea depăși bateriile reîncărcabile convenționale cu 500% sau mai mult din punct de vedere al capacității și se poate încărca într-o zecime din timp.
Care sunt dezavantajele?
Deoarece bateriile în stare solidă sunt o tehnologie emergentă, sunt incredibil de scumpe de fabricat. De fapt, atât de scumpe, încât nu sunt instalate în nicio componentă electronică majoră pentru consumatori în momentul scrierii. În 2012, analiști care scriu pentru departamentul de analiză software și procesare avansată a materialelor de la Universitatea din Florida a estimat că o baterie tipică în stare solidă de dimensiunea unui telefon mobil ar costa aproximativ 15.000 de dolari pentru a fi fabricată. Unul suficient de mare pentru a alimenta o mașină electrică ar costa 100.000 de dolari.
O parte din aceasta se datorează faptului că economiile de scară nu sunt în vigoare - sute de milioane de baterii reîncărcabile sunt fabricate în fiecare an chiar acum, astfel încât costurile de fabricație ale materialelor și echipamentelor sunt repartizate pe linii uriașe de alimentare. Există doar câteva companii și universități care cercetează baterii în stare solidă, deci costul pentru producerea fiecăruia este astronomic.
O altă problemă o reprezintă materialele. În timp ce proprietățile diferitelor metale, aliaje și săruri metalice utilizate pentru bateriile reîncărcabile convenționale sunt binecunoscute, în prezent nu cunoaștem cea mai bună compoziție chimică și atomică pentru un electrolit solid între anodii metalici și catodii. Cercetările actuale reduc acest lucru, dar trebuie să adunăm date mai fiabile înainte de a putea colecta sau sintetiza materialele și de a investi în procesele de fabricație.
Când voi ajunge să folosesc o baterie solidă?
La fel ca în cazul tuturor tehnologiilor emergente, încercarea de a afla când veți pune mâna pe ea este cel mai bine presupuneri.
Este încurajator faptul că multe corporații enorme investesc în cercetarea necesară pentru a aduce bateriile în stare solidă pe piața consumatorilor, dar timid de o descoperire majoră în viitorul imediat, este greu de spus dacă va exista un mare salt înainte. Cel puțin o companie auto spune că va fi gata să introducă unul într-un vehicul până în 2023, dar nu ghicește cât ar putea costa mașina respectivă. Cinci ani par prea optimisti; zece ani pare mai probabil. Ar putea trece douăzeci de ani sau mai mult înainte ca materialele să fie stabilite și să se dezvolte procesele de fabricație.
Dar, așa cum am spus la începutul articolului, tehnologia convențională a bateriei începe să lovească un perete. Și nu există nimic ca vânzările potențiale care să stimuleze cercetarea și dezvoltarea. Este cel puțin ușor (foarte, foarte puțin) posibil ca în curând să puteți folosi un gadget sau să conduceți o mașină alimentată de o baterie solid-state.
Credit de imagine: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock
