Sisu

• Ruumi kokkuhoid
• Pikem eluiga
• Tahkis-elektrolüütide tüübid
• Õhuke kile patareid
• Suuremad, mahukamad akud
• Väga juhtiv
• Pakkima

Paar nädalat tagasi tutvustas Kris meile tahke oleku akude teemat ja seda, kuidas need võivad olla nutitelefonide akutehnoloogia järgmine suurem edasiminek. Ühesõnaga, tahkisakud on ohutumad, mahutavad rohkem mahla ja neid saab kasutada ka õhemate seadmete jaoks. Kahjuks on praegu keskmise suurusega nutitelefonide lahtritesse panemine liiga kallis, kuid see võib lähiaastatel muutuda.

Seega, kui olete mõelnud, mis täpselt on tahkis aku ja mille poolest see erineb tänapäeva liitium-ioonelementidest, lugege edasi.

Peamine erinevus tavaliselt kasutatava liitiumioonaku ja tahkis-aku vahel on see, et esimeses kasutatakse vooluhulga reguleerimiseks vedelat elektrolüütilist lahust, samas kui tahkis-akud valivad tahke elektrolüüdi. Aku elektrolüüt on juhtiv keemiline segu, mis võimaldab voolu voolu anoodi ja katoodi vahel.

Tahkeakud töötavad endiselt samamoodi nagu praegused patareid, kuid materjalimuutus muudab mõnda aku atribuuti, sealhulgas maksimaalset salvestusmahtu, laadimisaega, suurust ja ohutust.

Aku sees olev vool läbib juhtivast elektrolüüdist anoodi ja katoodi vahel, lühise vältimiseks aga eraldajaid.

Ruumi kokkuhoid

Vedelikust tahkele elektrolüüdile ülemineku otsene eelis on see, et aku energiatihedus võib suureneda. Selle põhjuseks on asjaolu, et vedelate elementide vahel suurte eraldajate nõudmise asemel vajavad tahkisakud lühise vältimiseks vaid väga õhukesi tõkkeid.

Tahkis-patareid võivad laadida kaks korda rohkem energiat kui Li-ion

Tavalised vedelikuga leotatud akueraldajad on paksusega 20-30 mikronit. Tahkis-tehnoloogia abil saab eraldajaid vähendada kuni 3-4 mikronini, mis säästab umbes 7-kordset ruumi lihtsalt materjalide vahetamisega.

Need eraldajad pole aga ainus aku sees olev komponent ja muud bitid ei saa nii palju kokku tõmbuda, seades piires tahkis-akude ruumi kokkuhoiu potentsiaali.

Isegi kui anood asendada väiksema alternatiiviga, võivad tahkis-akud laadida kuni kaks korda rohkem energiat kui Li-ion.

Pikem eluiga

Tahkis-elektrolüüdid on tavaliselt vähem reageerivad kui tänapäevased vedelikud või geel, nii et eeldatakse, et need kestavad palju kauem ja ei pea neid vaid 2 või 3 aasta pärast välja vahetama. See tähendab ka seda, et need patareid ei plahvata ega sütti, kui need on kahjustatud või tootmisdefektide käes, mis tähendab tarbijatele ohutumaid tooteid.

Tahkeakud ei plahvata ega sütti, kui need on kahjustatud või tootmisdefektide käes.

Tänapäevastes nutitelefonides otsitakse vahetatavaid patareisid sageli neile, kes soovivad sama telefoni kasutada aastaid, kuna neid saab juba pärast lagunemist vahetada.

Nutitelefoni akud ei pea enam umbes aasta pärast nii hästi vastu ning võivad isegi pärast mitmeaastast kasutamist riistvara ebastabiilseks muutuda, lähtestada või isegi töötamise lõpetada. Tahkis akude korral võivad nutitelefonid ja muud vidinad kesta palju kauem, ilma et oleks vaja asenduselementi.

Tahkeid keemilisi ühendeid, mida saaks patareides kasutada, on palju, mitte ainult ühte.

Vedelate ja tahkete akude rääkimine on teema lihtsustamine, kuna patareides on palju tahkeid keemilisi ühendeid, mitte ainult ühte.

Tahkis-elektrolüütide tüübid

Seal on kaheksa erinevat peamist tahkis-patareide kategooriat, millest igaüks kasutab elektrolüütide jaoks erinevaid materjale. Nendeks on Li-halogeniid, Perovskite, Li-hüdriid, NASICON-laadne, granaat, Argyrodite, LiPON ja LISICON.

Kuna meil on endiselt tegemist areneva tehnoloogiaga, otsivad teadlased endiselt parimate tüüpi tahkis-elektrolüüte, mida saab kasutada erinevates tootekategooriates. Ühtegi neist pole veel selgete juhtidena välja tulnud, kuid sulfiidipõhiseid, LiPONi ja Granaadi rakke peetakse praegu kõige lootustandvamaks.

Tõenäoliselt olete märganud, et paljud neist tüüpidest põhinevad teatud mõttes endiselt liitiumil (Li), kuna nad kasutavad endiselt liitium-elektroode. Kuid paljud valivad jõudluse parandamiseks uued anood- ja katood-elektroodimaterjalid.

Õhuke kile patareid

Isegi tahke olekutüübi akudel on kaks selget alamtüüpi - õhuke kile ja lahtiselt. Üks edukamaid õhukese kile tüüpe, mis juba turul on, on LiPON, mida enamik tootjaid toodab liitiumanoodiga.

LiPONi elektrolüüt pakub suurepäraseid kaalu, paksuse ja isegi painduvuse omadusi, muutes selle lootustandvaks rakutüübiks kantavate elektroonikate ja väikeste elementide jaoks vajalike vidinate jaoks. Pikema kestvusega rakkude juurde tagasi jõudes on LiPON näidanud ka suurepärast stabiilsust - 40 000 laadimistsükli järel on mahutavus vähenenud vaid 5%.

LiPON-patareid võivad kesta 40–130 korda kauem kui Li-ion-patareid, enne kui need vajavad vahetamist.

Võrdluseks - liitium-ioonakud pakuvad ainult 300–1000 tsüklit, enne kui sarnane või suurem mahutavus langeb. See tähendab, et LiPON akud võivad enne asendamist vajada kauem kui 40 kuni 130 korda kauem kui Li-ion akud.

LiPONi negatiivne külg on see, et tema kogu energiasalvestusmaht ja juhtivus on suhteliselt nõrgad. Alternatiivsed tahkis-akutehnoloogiad võiksid aga olla võtmeks nutikellade pikema eluea saavutamiseks, mis praegu tõkestab mitmeid kliente kantavate valimisest.

Suuremad, mahukamad akud

Siiani pole tahkes olekus patareid veel sobivad nutitelefonides ja tahvelarvutites leiduvate suuremate elementide jaoks, rääkimata sülearvutitest või elektriautodest. Suuremate suurema mahutavusega tahkis-akude jaoks on vaja suuremat juhtivust, mis läheneb vedelatele elektrolüütidele või on nendega vastavuses, mis välistab muidu paljulubavad tehnoloogiad nagu LiPON. Ioonjuhtivus mõõdab ioonide võimet materjalist läbi liikuda ja hea juhtivus on suurema vooluelementide nõue nõutava voolu tagamiseks.

LISICON ja LiPS on möödunud teadusuuringutest LiPO, LiS ja SiS patareide osas - varasemate juhtidena tahkes olekus. Kuid need tüübid kannatavad toatemperatuuril endiselt madalamat juhtivust kui orgaanilised ja vedelad elektrolüüdid, muutes need kaubanduslike toodete jaoks ebapraktiliseks.

Väga juhtiv

Siit saab alguse granaat-oksiidi (LLZO) elektrolüütide uurimine, kuna sellel on toatemperatuuril kõrge ioonjuhtivus.

Materjal saavutab juhtivuse, mis jääb vedelate liitium-ioonrakkude pakutavatest tulemustest vaid pisut maha ning LGPS-i uued uuringud näitavad, et see materjal võiks seda isegi sobitada.

See tähendaks tahke oleku akusid, mille võimsus ja mahutavus oleks enam-vähem sama kui tänapäeva Li-ioon-elementidel, nähes samas eeliseid, nagu väiksem suurus ja pikem tööiga, reaalsuseks.

Granaat on stabiilne ka õhus ja vees, mistõttu sobib see ka Li-Air akude jaoks. Kahjuks tuleb see valmistada kallist paagutamisprotsessi kasutades.

See teeb praegu tarbijapatareides kasutamiseks ebameeldiva ettepaneku, võrreldes liitium-ioonelementide madala hinnaga. Tulevikus kulud tõenäoliselt langevad, kuna tootmistehnoloogiaid viimistletakse, kuid me oleme siiski kaugel kaubanduslikult tasuvast tahkis-akust.

Pakkima

On selge, et tahkis-akutehnoloogia alal on veel palju käimasolevaid uuringuid. Varasemate ennustuste kohaselt ei näe me küpsed rakud veel 4 või 5 aastat tarbekaupadena nagu nutitelefonid. Teistes seadmetes (nt droonid) kuvatavad patareid võivad ilmuda kohe kui järgmisel aastal.

Siiski annavad viimased uuringud lõpuks tulemusi, mis suudavad atribuutide osas konkureerida olemasolevate liitium-ioon akudega, pakkudes samas ka tahkis-elektrolüütide eeliseid. Vaja on vaid tootmisprotsesside küpsemist ning selle reaalsuseks saamiseks on mitmeid suuri ja tulevasi aku tootjaid, kellel on ressursse.

Kokkuvõtlikult võib öelda, et kõigi nende keemiliste erinevuste peamised eelised tarbija seisukohast on järgmised: kuni 6 korda kiirem laadimine, kuni kaks korda suurem energiatihedus, pikem tsükli eluiga kuni 10 aastat võrreldes kahega ja puuduvad tuleohtlikud komponendid. See on kindlasti nutitelefonide ja muude kaasaskantavate vidinate õnnistuseks.