Ett solid-state-batteri är ett batteri där alla dess komponenter är solida, till skillnad från konventionella sekundärbatterier , som litiumjonbatterier, som använder metallelektroder (katod och anod) separerade av en flytande elektrolyt. Solid-state-batterier använder däremot en fast elektrolyt.
Fasta elektrolyter förväntas underlätta skapandet av batterier med större kapacitet och effekt än litiumjonbatterier. Dessutom erbjuder övergången till fasta elektrolyter säkerhetsfördelar jämfört med litiumjonbatterier , vilket gör dem attraktiva för användning i elfordon och andra tillämpningar.
Som sådan tros solid-state-batterier erbjuda olika fördelar när de väl blir praktiska. För närvarande är flera företag engagerade i konkurrenskraftiga ansträngningar för produktutveckling och att uppnå massproduktion för att möta höga volymkrav.
Hur fungerar Solid State-batterier?
Solid state-batterier fungerar med en mekanism som liknar litiumjonbatterier när det gäller att utvinna elektricitet. Metall fungerar som elektrodmaterial, och joner rör sig genom den fasta elektrolyten mellan katoden och anoden för att generera elektriskt flöde. Den viktigaste skillnaden är användningen av en fast elektrolyt.
Till skillnad från flytande elektrolyter, som kräver en separator för att förhindra abrupt blandning mellan katod- och anodsidorna, eliminerar solid-state-batterier behovet av en sådan separator.
Det avgörande fokuset inom forskning om fasta batterier ligger på upptäckten och utvecklingen av lämpliga fasta material. Historiskt sett har det saknats fasta material som kan möjliggöra jonrörelse i batteriet för att generera tillräcklig elektrisk ström för elektroderna. Emellertid har nya upptäckter av sådana material drivit utvecklingen av fasta batterier. Övergången från flytande till fasta elektrolyter möjliggör effektiv jonrörlighet i batterier, vilket underlättar skapandet av batterier med större kapacitet och högre effekt än litiumjonbatterier.
Läs också: Vad är ett blybatteri?
Vilka typer av solid state-batterier finns det?
Solid-state-batterier är indelade i två huvudkategorier baserat på deras tillverkningsmetoder, och de skiljer sig åt i sin energilagringskapacitet.
1. Bulk Solid State-batterier:
- Dessa batterier använder pulvermaterial för både elektroderna och elektrolyten.
- De har förmågan att lagra en betydande mängd energi.
- Används främst för större applikationer, såsom elfordon.
2. Tunnfilmssolid-state-batterier:
- De tillverkas genom att deponera en tunnfilmselektrolyt på elektroderna i en vakuummiljö.
- Medan de har en begränsad energilagring kapacitet erbjuder de fördelen med en förlängd cykellivslängd och enkel tillverkning.
- Bäst lämpad för små enheter som sensorer på grund av deras kompakta storlek.
Vilka är fördelarna med Solid-State-batterier jämfört med litiumjonbatterier?
Solid-state-batterier, som förväntas bli nästa generation av sekundära batterier, erbjuder flera anmärkningsvärda fördelar:
1. Förbättrad temperaturtolerans:
Litiumjonbatterier använder brandfarliga organiska lösningsmedelsbaserade elektrolyter, vilket väcker farhågor om deras prestanda under höga temperaturer.
Å andra sidan använder solid state-batterier icke-brandfarliga material i sina elektrolyter, vilket gör dem väl lämpade för miljöer med hög temperatur.
Dessutom kan flytande elektrolyter vid låga temperaturer hindra jonrörelser, vilket resulterar i minskad batteriprestanda och spänningsfall. Solid state-batterier bibehåller dock mer konsekvent prestanda eftersom deras fasta natur förhindrar frysning även i kalla förhållanden.
2. Snabbladdningskapacitet:
Solid state-batteriers höga temperaturbeständighet gynnar också snabbladdning. Snabbladdning genererar mer värme, och solid state-batterier förväntas, på grund av sin värmebeständighet, stödja snabbare laddningshastigheter jämfört med nuvarande litiumjonbatterier.
3. Förlängd livslängd:
Batteriets livslängd beror avsevärt på elektrolytens egenskaper. Litiumjonbatterier uppvisar minimal elektrodförsämring, men långvarig användning kan leda till elektrolytförsämring.
Däremot upplever solid state-batterier mindre elektrolytförsämring än vätskebaserade motsvarigheter, vilket potentiellt förlänger deras livslängd.
4. Mångsidiga formfaktorer:
Flytande elektrolyter har strukturella begränsningar för att förhindra läckage. Solid state-batterier, å andra sidan, erbjuder större designflexibilitet. De kan tillverkas i olika former, inklusive mindre, tunnare och flexibla konfigurationer, vilket möjliggör olika tillämpningar, inklusive överlappning och böjning, utan risk för elektrolytläckage.
Läs också: Blysyra vs. litiumjonbatterier – vilket är bättre?
Vilka är tillämpningarna för Solid State-batterier?
Solid-state-batterier har ett brett utbud av potentiella tillämpningar:
- Elektriska fordon: Dessa batterier erbjuder ökad säkerhet genom att eliminera brandfarliga komponenter, vilket minskar risken för antändning vid olyckor. De möjliggör också snabbare laddning jämfört med litiumjonbatterier.
- Elektronik: Deras värmebeständiga karaktär tillåter direkt lödning till elektroniska substrat, vilket gör dem lämpliga för reservkraftsförsörjning för elektroniska enheter och IoT-sensorer. De kan förlänga drifttiden för datorer och smartphones.
- Transport: Solid-state-batteriers större kapacitet och högre effekt gör dem lämpliga för användning i flygplan och fartyg, vilket förbättrar energilagrings- och leveranskapaciteten.
- Utforskning av rymden: Dessa batteriers temperaturbeständighet gör dem användbara för rymdenheter, där temperaturfluktuationer varierar från extrem kyla till extrem värme.
Måste läsas: Vad är ett förseglat (SMF) batteri?
