Jak jsou na tom polovodičové baterie ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi?

Pevné baterienabízí dvojnásobnou energetickou hustotu než lithium-iontové baterie se zvýšenou bezpečností a prodlouženou životností. Vykazují větší odolnost při velkém zatížení a fungují lépe v širším teplotním rozsahu.

Pevné baterie se nabíjejí rychleji a vydrží déle

Ve srovnání s tradičními lithium-iontovými bateriemi se polovodičové baterie nabíjejí rychleji, pracují při nižších teplotách a ukládají více energie na menším prostoru.

Tyto baterie nahrazují hořlavé kapaliny ve standardních článcích bezpečnějšími, účinnějšími pevnými materiály. Zatímco současným bateriím může nabití na 80 % trvat 30 až 45 minut, polovodičovým bateriím to může zkrátit na 12 minut – a v některých případech na pouhé 3 minuty.

Profesor strojního inženýrství vysvětlil, že tyto výhody nakonec pramení z chemie a inženýrství. „Odstraněním tekutin a použitím stabilních pevných materiálů můžeme do baterie bezpečně vložit více energie najednou bez rizika přehřátí nebo požáru,“ řekl.

Tradiční lithium-iontové baterie přenášejí ionty lithia – částice, které nesou elektrický náboj – přes kapalný elektrolyt. Tato kapalina však časem degraduje, což omezuje rychlost nabíjení a představuje nebezpečí požáru. Pevné baterie využívají pevné materiály, které vytvářejí bezpečnější a stabilnější prostředí pro pohyb lithium-iontů. To umožňuje rychlejší a efektivnější nabíjení s menšími obavami o bezpečnost.

Pevný materiál uvnitř těchto baterií se nazývá elektrolyt v pevné fázi.

Přehled zdůrazňuje tři hlavní typy: na bázi sulfidů, na bázi oxidů a na bázi polymerů. Každý typ má zřetelné výhody: některé umožňují rychlejší pohyb iontů, jiné nabízejí lepší dlouhodobou stabilitu nebo se snadněji vyrábějí. Mezi nimi vynikají sulfidové elektrolyty, které fungují téměř stejně dobře jako kapaliny v současných bateriích bez jejich nevýhod.

Pevné bateriemají také tendenci využívat lithium efektivněji. Mnoho návrhů obsahuje lithiové kovové vrstvy, které ukládají více energie na menším prostoru než grafitové vrstvy používané v současných bateriích. To znamená, že polovodičové baterie mohou být lehčí a menší a zároveň napájet zařízení stejně dlouho, nebo dokonce déle.

Cílem tohoto přehledu je vést výzkumné pracovníky a inženýry při urychlení vývoje, škálovatelnosti a praktického nasazení polovodičových systémů.

Výzvy však zůstávají. Hromadná výroba těchto baterií zůstává obtížná a nákladná. Níže je uveden plán řešení těchto problémů, včetně vývoje lepších materiálů, zlepšení interakcí mezi součástmi baterií a zdokonalení výrobních technik pro zjednodušení výroby.

Nové elektrolytické materiály

Sodno-iontové baterie: Výzkumníci zkoumají alternativy sodíkových iontů, které nabízejí potenciální nákladovou efektivitu při zachování výhod v pevné fázi.

Keramické kompozity: Tyto materiály vykazují vyšší stabilitu a odolnost ve srovnání s tradičními elektrolyty, díky čemuž jsou předmětem pokračujícího výzkumu.

Výrobní inovace

3D tisk: Tato metoda umožňuje složité struktury, zvyšuje výkon baterie a snižuje plýtvání materiálem.

Roll-to-Roll Processing: Tato škálovatelná výrobní technika má za cíl snížit výrobní náklady, díky čemuž jsou polovodičové baterie dostupnější pro různé aplikace.

Systémy správy baterií (BMS)

Chytré technologie: Vylepšená technologie BMS optimalizuje nabíjecí cykly sledováním stavu baterie, čímž výrazně prodlužuje životnost. Hledejte systémy, které vyvažují rychlost nabíjení a vybíjení, abyste maximalizovali stav baterie.

Závěr

Pevné bateriedláždí cestu pro novou éru v ukládání energie. Jejich působivá životnost a odolnost nabízí slibnou alternativu k tradičním lithium-iontovým bateriím. Když porozumíte faktorům ovlivňujícím jejich životnost, můžete se při jejich používání ve svých zařízeních činit informovaná rozhodnutí.