Kiinteän olomuodon akku on sellainen, jonka kaikki komponentit ovat kiinteitä, toisin kuin perinteiset toissijaiset akut , kuten litiumioniakut, joissa käytetään metallielektrodeja (katodi ja anodi), jotka on erotettu nestemäisellä elektrolyytillä. Kiinteän olomuodon akuissa sitä vastoin käytetään kiinteää elektrolyyttiä.
Kiinteiden elektrolyyttien odotetaan helpottavan sellaisten akkujen valmistusta, joilla on suurempi kapasiteetti ja teho kuin litiumioniakuilla. Lisäksi siirtyminen kiinteisiin elektrolyytteihin tarjoaa turvallisuusetuja litiumioniakkuihin verrattuna , mikä tekee niistä houkuttelevia käytettäväksi sähköajoneuvoissa ja muissa sovelluksissa.
Sellaisenaan solid-state-akkujen uskotaan tarjoavan erilaisia etuja, kun niistä tulee käytännöllisiä. Tällä hetkellä useat yritykset kilpailevat tuotekehityksen ja massatuotannon saavuttamiseksi suuriin volyymivaatimuksiin.
Kuinka puolijohdeakut toimivat?
Kiinteän olomuodon akut toimivat sähkön tuottamisessa samalla tavalla kuin litiumioniakut . Metalli toimii elektrodimateriaalina, ja ionit liikkuvat kiinteän elektrolyytin läpi katodin ja anodin välillä sähkövirran tuottamiseksi. Keskeinen ero on kiinteän elektrolyytin käyttö.
Toisin kuin nestemäiset elektrolyytit, jotka vaativat erottimen katodi- ja anodipuolen äkillisen sekoittumisen estämiseksi, solid-state-akut eliminoivat tällaisen erottimen tarpeen.
Kiinteän olomuodon akkututkimuksen kriittinen painopiste on sopivien kiinteän olomuodon materiaalien löytämisessä ja kehittämisessä. Historiallisesti on ollut pulaa kiinteän olomuodon materiaaleista, jotka kykenisivät mahdollistamaan ionien liikkumisen akun sisällä riittävän sähkövirran tuottamiseksi elektrodeille. Viimeaikaiset löydöt tällaisista materiaaleista ovat kuitenkin vauhdittaneet kiinteän olomuodon akkujen kehitystä. Siirtyminen nestemäisistä elektrolyyteistä kiinteisiin elektrolyytteihin mahdollistaa tehokkaan ionien liikkuvuuden akuissa, mikä helpottaa sellaisten akkujen luomista, joilla on suurempi kapasiteetti ja suurempi teho kuin litiumioniakuilla.
Lue myös: Mikä on lyijyakku?
Mitkä ovat puolijohdeakkujen tyypit?
Solid-state-akut on jaettu kahteen pääluokkaan valmistusmenetelmiensä perusteella, ja ne eroavat toisistaan energian varastointikyvyltään.
1. Puolijohde-akut:
- Nämä akut käyttävät jauhemaisia materiaaleja sekä elektrodeja että elektrolyyttiä varten.
- Heillä on kyky varastoida huomattava määrä energiaa.
- Käytetään pääasiassa suurempiin sovelluksiin, kuten sähköajoneuvoihin.
2. Ohutkalvoiset puolijohdeakut:
- Ne valmistetaan kerrostamalla ohutkalvoelektrolyyttiä elektrodeille tyhjiöympäristössä.
- Vaikka heillä on rajallinen energian varastointi kapasiteetti, ne tarjoavat etuna pidennetyn käyttöiän ja yksinkertaisen valmistuksen.
- Sopii parhaiten pienille laitteille, kuten antureille kompaktin kokonsa vuoksi.
Mitkä ovat puolijohdeakkujen edut litiumioniakkuihin verrattuna?
Solid-state-akut, joiden odotetaan olevan seuraavan sukupolven toissijaisia akkuja, tarjoavat useita merkittäviä etuja:
1. Parannettu lämpötilansieto:
Litiumioniakut käyttävät syttyviä orgaanisia liuotinpohjaisia elektrolyyttejä, mikä herättää huolta niiden toimivuudesta korkeissa lämpötiloissa.
Toisaalta puolijohdeakuissa käytetään elektrolyyteissä palamattomia materiaaleja , minkä ansiosta ne soveltuvat hyvin korkeisiin lämpötiloihin.
Lisäksi matalissa lämpötiloissa nestemäiset elektrolyytit voivat estää ionien liikkumista, mikä johtaa akun suorituskyvyn heikkenemiseen ja jännitehäviöön. Kiinteän olomuodon akut säilyttävät kuitenkin tasaisemman suorituskyvyn, koska niiden kiinteä luonne estää jäätymisen edes kylmissä olosuhteissa.
2. Pikalatausmahdollisuus:
Myös puolijohdeakkujen korkean lämpötilan kestävyys hyödyttää nopeaa latausta. Nopea lataus tuottaa enemmän lämpöä, ja puolijohdeakkujen odotetaan lämmönkestävyytensä ansiosta tukevan nopeampia latausnopeuksia verrattuna nykyisiin litiumioniakkuihin.
3. Pidennetty käyttöikä:
Akun pitkäikäisyys riippuu merkittävästi elektrolyytin ominaisuuksista. Vaikka litiumioniakkujen elektrodit heikkenevät vain vähän, pitkäaikainen käyttö voi johtaa elektrolyytin heikkenemiseen.
Sitä vastoin solid-state-akuissa elektrolyyttitaso heikkenee vähemmän kuin nestepohjaisissa akuissa, mikä saattaa pidentää niiden käyttöikää.
4. Monipuoliset muototekijät:
Nestemäiset elektrolyytit asettavat rakenteellisia rajoituksia vuotojen estämiseksi. Toisaalta kiinteän olomuodon akut tarjoavat suurempaa suunnittelun joustavuutta. Niitä voidaan valmistaa eri muodoissa, mukaan lukien pienemmät, ohuemmat ja joustavammat kokoonpanot, mikä mahdollistaa monipuoliset sovellukset, kuten päällekkäisyyden ja taivutuksen, ilman elektrolyyttivuotojen huolta.
Lue myös: Lyijyakut vs. litiumioniakut – kumpi on parempi?
Mitkä ovat solid-state-akkujen sovellukset?
Solid-state-akuilla on laaja valikoima mahdollisia sovelluksia:
- Sähköajoneuvot: Nämä akut tarjoavat paremman turvallisuuden poistamalla syttyvät komponentit, mikä vähentää syttymisriskiä onnettomuuksissa. Ne mahdollistavat myös nopeamman latauksen litiumioniakkuihin verrattuna.
- Elektroniikka: Niiden lämmönkestävä luonne mahdollistaa suoran juottamisen elektronisiin substraatteihin, mikä tekee niistä sopivia elektronisten laitteiden varavirtalähteille ja IoT-antureille. Ne voivat pidentää tietokoneiden ja älypuhelimien käyttöikää.
- Kuljetus: Solid-state-akkujen suurempi kapasiteetti ja suurempi teho tekevät niistä sopivia käytettäväksi lentokoneissa ja laivoissa, mikä parantaa energian varastointi- ja toimituskykyä.
- Avaruustutkimus: Näiden akkujen lämpötilankesto tekee niistä soveltuvia avaruuslaitteisiin, joissa lämpötilanvaihtelut vaihtelevat äärimmäisestä kylmyydestä äärimmäiseen kuumuuteen.
Pakko lukea: Mikä on suljettu (SMF) akku?
