Mikä on solid-state-akku ja ratkaisevatko ne akun ongelmat?
Matkaviestintäteknologia kasvaa eksponentiaalisesti, mutta akkutekniikka ei pysy ajan tasalla. Saavutamme fyysiset rajat sille, mitä tavanomaiset litiumioni- ja litiumpolymeerimallit voivat tehdä. Ratkaisu voisi olla jotain nimeltään solid-state-akku.
Mikä on solid-state-akku?
Tavanomaisessa paristosuunnittelussa käytetään tavallisesti litium-ioni-kaksi kiinteää metallielektrodia elektrolyyttinä toimivan nestemäisen litium- suolan kanssa. Ionihiukkaset siirtyvät yhdestä elektrodista (katodista) toiseen (anodi) akun varauksina ja päinvastoin kuin ne purkautuvat. Nestemäinen litium-suolan elektrolyytti on väliaine, joka sallii tämän liikkeen. Jos olet koskaan nähnyt paristoa syöpymässä tai puhjennut, "akkuhappo", joka poistuu (tai joskus räjähtää) on nestemäinen elektrolyytti.
Solid-state-akussa sekä positiiviset että negatiiviset elektrodit ja niiden välinen elektrolyytti ovat kiinteitä metalli-, seos- tai muita synteettisiä materiaaleja. Termi "kiinteä tila" saattaa muistuttaa sinua SSD-tietolevyistä, eikä se ole sattumaa. Solid-state-tallennusasemat käyttävät flash-muistia, joka ei liiku, eikä tavallista kiintolevyä, joka tallentaa pienen moottorin käyttämän pyörivän magneettisen levyn tiedot..
Vaikka ajatus solid-state-akuista on ollut jo vuosikymmenten ajan, niiden kehittyminen on vasta alkamassa, ja elektroniikkayritysten, autovalmistajien ja yleisten teollisuusyritysten investoinnit ovat tällä hetkellä edistäneet.
Mikä on parempi Solid-State-akuista?
Solid-state-paristot tarjoavat muutamia selkeitä etuja niiden nesteitä täyttäviin serkkuihin nähden: parempi akun kesto, nopeampi latausaika ja turvallisempi kokemus.
Kiinteät akut puristavat anodin, katodin ja elektrolyytin kolmeen tasaiseksi kerrokseksi sen sijaan, että elektrodit suspendoitaisiin nestemäiseen elektrolyyttiin. Tämä tarkoittaa, että voit tehdä niistä pienempiä tai ainakin tasaisempia ja samalla pitää yhtä paljon energiaa kuin suurempi nestepohjainen akku. Jos vaihdat litium-ioni- tai litiumpolymeeriakun puhelimeen tai kannettavaan tietokoneeseen samankokoisella akkulla, se saisi paljon pidemmän latauksen. Vaihtoehtoisesti voit tehdä laitteen, jolla on sama lataus paljon pienempi tai ohuempi.
Solid-state-paristot ovat myös turvallisempia, koska ei ole myrkyllistä, syttyvää nestettä, joka vuotaa, ja ne eivät tuota yhtä paljon lämpöä kuin tavalliset ladattavat paristot. Kun niitä käytetään paristoilla, jotka virtavat nykyistä elektroniikkaa tai jopa sähköautoja, ne saattavat ladata paljon nopeammin, liian ionit voivat liikkua paljon nopeammin katodista anodiin.
Viimeisimpien tutkimusten mukaan kiinteän akun akku voisi ylittää tavanomaiset ladattavat paristot 500% tai enemmän kapasiteetin suhteen ja latautua kymmenesosalla ajasta.
Mitkä ovat haitat?
Koska solid-state-paristot ovat kehittyvä teknologia, ne ovat uskomattoman kalliita valmistaa. Niin kalliita, että niitä ei ole asennettu mihinkään merkittävään kuluttajalaatuiseen elektroniikkaan kirjoituksen yhteydessä. Vuonna 2012 Floridan yliopiston ohjelmistojen analysointia ja kehittyneitä materiaaleja käsittelevää osastoa käsittelevät analyytikot arvioivat, että tyypillinen matkapuhelimen kokoinen kiinteä-akku maksaa noin 15 000 dollaria. Yksi tarpeeksi iso sähkömoottorikoneelle maksaa 100 000 dollaria.
Tehdään kiinteä akku riittävän suureksi, jotta puhelimesi maksaa nykyään tuhansia dollareita. Osa tästä johtuu siitä, että mittakaavaedut eivät ole paikallaan - satoja miljoonia ladattavia paristoja tehdään joka vuosi juuri nyt, joten materiaalien ja laitteiden valmistuskustannukset jakautuvat valtaviin syöttöjohdoihin. On vain muutamia yrityksiä ja yliopistoja, jotka tutkivat solid-state-akkuja, joten kustannukset jokaisen tuottamiseksi ovat tähtitieteellisiä.
Toinen asia on materiaalit. Erilaisten metallien, seosten ja perinteisten ladattavien paristojen metallisuolojen ominaisuudet ovat hyvin tunnettuja, mutta emme tiedä parasta kemiallista ja atomikoostumusta kiinteän elektrolyytin välillä metallisten anodien ja katodien välillä. Nykyinen tutkimus supistaa tätä, mutta meidän on kerättävä luotettavampia tietoja, ennen kuin voimme kerätä tai syntetisoida materiaaleja ja investoida valmistusprosesseihin..
Milloin saan käyttää Solid-State-akkua?
Kuten kaikkien kehittyvien tekniikoiden kohdalla, yrittää selvittää, milloin saat kätesi siihen, että se on parhaimmillaan arvaileva.
On rohkaisevaa, että monet valtavat yritykset investoivat tutkimukseen, joka tarvitaan kiinteän akun tuomiseen kuluttajamarkkinoille, mutta on häikäilemättä suurta läpimurtoa lähitulevaisuudessa, on vaikea sanoa, onko olemassa suuri harppaus eteenpäin. Ainakin yksi autoyritys sanoo olevansa valmis ottamaan ajoneuvon autoon vuoteen 2023 mennessä, mutta ei arvaa, kuinka paljon tämä auto voisi maksaa. Viisi vuotta näyttää liian optimistiselta; kymmenen vuotta näyttää todennäköisemmältä. Voi olla kaksikymmentä vuotta tai enemmän, ennen kuin materiaalit ratkaistaan ja valmistusprosessit kehittyvät.
Mutta kuten artikkelin alussa totesimme, perinteinen akkutekniikka on alkanut osua seinään. Ja mikään ei ole kuin mahdollinen myynti, joka kannustaisi tutkimukseen ja kehitykseen. Se on ainakin hieman (hyvin, hyvin vähän) mahdollista, että saatat käyttää gadgetia tai ajaa autoa, joka on powered by solid-state-akku pian.
Kuvan luotto: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock
