Akumulator ze stałym elektrolitem to taki, w którym wszystkie jego komponenty są solidne, w przeciwieństwie do konwencjonalnych baterii wtórnych, podobnie jak baterie litowo-jonowe, które wykorzystują metalowe elektrody (katodę i anodę) oddzielone ciekłym elektrolitem. Baterie półprzewodnikowe, odwrotnie, wykorzystują stały elektrolit.
Oczekuje się, że stałe elektrolity ułatwią tworzenie baterii o większej pojemności i wydajności niż baterie litowo-jonowe. Ponadto przejście na stałe elektrolity oferuje korzyści w zakresie bezpieczeństwa w porównaniu z baterie litowo-jonowe, co czyni je atrakcyjnymi do wykorzystania w pojazdach elektrycznych i innych zastosowaniach.
W związku z tym uważa się, że baterie półprzewodnikowe oferują różne zalety, gdy staną się praktyczne. Obecnie wiele firm podejmuje konkurencyjne wysiłki w celu rozwoju produktu i osiągnięcia masowej produkcji, aby sprostać zapotrzebowaniu na duże ilości.
Jak działają baterie ze stałym elektrolitem?
Baterie półprzewodnikowe działają na zasadzie podobnej do baterii litowo-jonowych jeśli chodzi o pozyskiwanie elektryczności. Metal służy jako materiał elektrody, a jony przemieszczają się przez stały elektrolit pomiędzy katoda i anoda do generowania przepływu elektrycznego. Kluczową różnicą jest użycie stałego elektrolitu.
W przeciwieństwie do elektrolitów ciekłych, które wymagają separatora zapobiegającego gwałtownemu mieszaniu się elektrolitów pomiędzy katodą i anodą, w bateriach ze stałym elektrolitem separator ten jest eliminowany.
Kluczowym celem badań nad bateriami w stanie stałym jest odkrycie i rozwój odpowiednich materiałów w stanie stałym. Historycznie brakowało materiałów w stanie stałym, które umożliwiałyby ruch jonów w baterii, aby generować wystarczający prąd elektryczny dla elektrod. Jednak Ostatnie odkrycia tego typu materiałów przyspieszyły rozwój baterii ze stałym elektrolitem. Przejście z elektrolitów ciekłych na stałe pozwala na wydajną mobilność jonów w akumulatorach, co umożliwia tworzenie akumulatorów o większej pojemności i wyższej mocy wyjściowej niż w przypadku akumulatorów litowo-jonowych.
Przeczytaj także: Co to jest akumulator kwasowo-ołowiowy?
Jakie są rodzaje baterii ze stałym elektrolitem?
Baterie ze stałym elektrolitem dzielą się na dwie główne kategorie w zależności od metody produkcji, a różnią się one pod względem możliwości magazynowania energii.
1. Baterie półprzewodnikowe hurtowe:
- W tego typu akumulatorach elektrody i elektrolit są wykonane z materiałów proszkowych.
- Mają zdolność magazynowania znacznych ilości energii.
- Stosowany głównie w większych zastosowaniach, takich jak pojazdy elektryczne.
2. Akumulatory cienkowarstwowe ze stałym elektrolitem:
- Powstają one poprzez osadzanie cienkiej warstwy elektrolitu na elektrodach w środowisku próżniowym.
- Choć posiadają ograniczoną magazynowanie energii pojemności, oferują one zaletę dłuższego cyklu życia i prostej produkcji.
- Najlepiej nadaje się do małych urządzeń, takich jak czujniki ze względu na ich kompaktowe rozmiary.
Jakie są zalety baterii ze stałym elektrolitem w porównaniu z bateriami litowo-jonowymi?
Baterie ze stałym elektrolitem, uważane za następną generację baterii wtórnych, oferują kilka istotnych zalet:
1. Zwiększona tolerancja temperaturowa:
W akumulatorach litowo-jonowych stosuje się łatwopalne elektrolity na bazie rozpuszczalników organicznych, co budzi obawy co do ich wydajności w warunkach wysokich temperatur.
Z drugiej strony baterie ze stałym elektrolitem stosować materiały niepalne w swoich elektrolitach, co sprawia, że są one dobrze przystosowane do pracy w środowiskach o wysokiej temperaturze.
Dodatkowo w niskich temperaturach ciecz elektrolity może utrudniać ruch jonów, co skutkuje zmniejszoną wydajnością baterii i spadkiem napięcia. Baterie półprzewodnikowe utrzymują jednak bardziej spójną wydajność, ponieważ ich stała natura zapobiega zamarzaniu nawet w niskich temperaturach.
2. Możliwość szybkiego ładowania:
Wysoka odporność baterii półprzewodnikowych na temperaturę korzyści szybkiego ładowania. Szybkie ładowanie generuje więcej ciepła, a baterie ze stałym elektrolitem, ze względu na swoją odporność na ciepło, powinny obsługiwać szybsze tempo ładowania w porównaniu do obecnych baterii litowo-jonowych.
3. Wydłużona żywotność:
Żywotność baterii zależy w znacznym stopniu od właściwości elektrolitu. Podczas gdy baterie litowo-jonowe wykazują minimalne pogorszenie stanu elektrod, długotrwałe użytkowanie może prowadzić do degradacja elektrolitu.
Z kolei baterie ze stałym elektrolitem charakteryzują się mniejszym pogorszeniem jakości elektrolitu niż ich odpowiedniki na bazie cieczy, co potencjalnie wydłuża ich żywotność.
4. Uniwersalne formaty:
Ciekłe elektrolity nakładają ograniczenia strukturalne, aby zapobiec wyciekom. Z drugiej strony baterie półprzewodnikowe zapewniają większą elastyczność projektowania. Mogą być produkowane w różnych kształtach, w tym w konfiguracjach mniejszych, cieńszych i elastycznych, co pozwala na różnorodne zastosowania, w tym nakładanie i zginanie, bez obaw o wyciek elektrolitu.
Przeczytaj także: Akumulatory kwasowo-ołowiowe czy litowo-jonowe – które są lepsze?
Jakie są zastosowania baterii ze stałym elektrolitem?
Baterie ze stałym elektrolitem mają szeroki zakres potencjalnych zastosowań:
- Pojazdy elektryczne: Te baterie oferują zwiększone bezpieczeństwo poprzez wyeliminowanie łatwopalnych komponentów, zmniejszając ryzyko zapłonu w wypadkach. Umożliwiają również szybsze ładowanie w porównaniu do baterii litowo-jonowych.
- Elektronika: Ich odporność na ciepło pozwala na bezpośrednie lutowanie do podłoży elektronicznych, dzięki czemu nadają się do zasilania zapasowego urządzeń elektronicznych i czujników IoT. Mogą wydłużyć czas działania komputerów i smartfonów.
- Transport: Większa pojemność i wyższa moc wyjściowa akumulatorów ze stałym elektrolitem sprawiają, że nadają się one do stosowania w samolotach i statkach, zwiększając możliwości magazynowania i dostarczania energii.
- Eksploracja kosmosu: Odporność tych baterii na temperaturę sprawia, że można je stosować w urządzeniach kosmicznych, gdzie wahania temperatur wahają się od ekstremalnie niskich do ekstremalnie wysokich.
Musisz przeczytać: Czym jest akumulator szczelny (SMF)?
