Luăm de la sine o mare parte din tehnologia din jurul nostru. De exemplu, microcalculatoare pentru telefoane care funcționează fără reîncărcare toată ziua. Dar vreau ca telefonul să funcționeze 3-4 zile fără reîncărcare. Sau o mașină electrică care poate parcurge 1000 de kilometri, se poate încărca în câteva minute... și costă mai puțin decât o mașină cu motor pe benzină. S-a vorbit mult despre bateriile cu stare solidă de-a lungul anilor, dar cum merg lucrurile acum? Și cât mai trebuie să așteptăm baterii cu stare solidă ajunge în interiorul dispozitivelor noastre?
Cel mai recent exemplu este Toyota, care a anunțat o mașină cu baterie solidă în timpul Jocurilor Olimpice de iarnă. Bateriile litiu-ion pe care le folosim astăzi, oricât de grozave sunt, au anumite dezavantaje pe care bateriile cu stare solidă încearcă să le rezolve.
Ambele tipuri folosesc litiu pentru a produce electricitate, iar structura lor generală este destul de similară. Mai simplu spus, au un anod (electrod negativ), un catod (electrod pozitiv) și un electrolit.
Principala lor diferență constă în starea electrolitului, care ajută la transferul ionilor de la catod la anod în timpul încărcării și invers în timpul descărcării. Cu alte cuvinte, electrolitul reglează fluxul de curent electric între părțile negative și pozitive ale bateriei. În timp ce bateriile cu litiu-ion folosesc electroliți lichizi, bateriile cu stare solidă, după cum sugerează și numele, folosesc straturi subțiri de electrolit solid.
Electroliții solizi au o serie de avantaje semnificative:
În stânga vedem structura unei baterii litiu-ion, iar în dreapta vedem structura unei baterii cu stare solidă.
3. Greutate și dimensiune mai ușoare: În timp ce lichidul din interiorul bateriilor litiu-ion le face mai grele, structura compactă a bateriilor cu stare solidă permite o densitate mai mare de energie pe unitate de suprafață, ceea ce înseamnă că sunt necesare mai puține baterii.
În teorie, da, sau cel puțin acolo se îndreaptă lucrurile. De fapt, mulți producători de automobile investesc deja în această tehnologie, inclusiv Volkswagen, Toyota, Ford și BMW. Cu toate acestea, în practică, celulele bateriilor cu stare solidă sunt produse una câte una în laboratoare și pentru a le aduce la producția de masă - o sarcină costisitoare și încă insuficient dezvoltată.
Este dificil să se dezvolte un electrolit solid care ar fi atât stabil, inert din punct de vedere chimic, cât și un bun conductor de ioni între electrozi. În plus, electroliții sunt prea scumpi de fabricat și sunt predispuși la crăpare datorită fragilității lor atunci când sunt expandați și comprimați în timpul utilizării. Dar poate că, pe măsură ce bateriile litiu-ion devin treptat mai accesibile, se va întâmpla.
În ultimii ani, au fost efectuate multe studii interesante, care au avut ca scop rezolvarea acestei probleme. Cercetătorii MIT au dezvoltat așa-numiții conductori mixți ioni-electron (MIEC), precum și izolatori electronici și litiu-ion (ELI). Este o arhitectură celulară tridimensională cu tuburi MIEC la scară nanometrică. Tuburile sunt umplute cu litiu, care formează anodul. O parte cheie a acestei descoperiri este că structura celulară permite spațiului pentru ca litiul să se extindă și să se contracte în timpul încărcării și descărcării. Această „respirație” a bateriei previne crăpăturile. Acoperirea tuburilor ELI acționează ca o barieră care le protejează de electrolitul solid. Aceasta este structura unei baterii cu stare solidă, care ne scutește de nevoia de a adăuga orice lichid sau gel și, prin urmare, ne permite să evităm dendritele.
O companie a sunat Sisteme de stocare a ionilor a dezvoltat un electrolit ceramic ultrasubțire de aproximativ 10 micrometri grosime, aproximativ aceeași grosime ca și separatoarele moderne din plastic care folosesc electroliți lichizi. Fiecare parte a electrolitului ceramic este acoperită cu un strat foarte subțire de oxid de aluminiu care ajută la reducerea rezistenței. Prototipul bateriei are o capacitate energetică de aproximativ 300 Wh/kg și poate fi încărcat în 5-10 minute. Spre comparație: bateriile moderne NCA ating o capacitate energetică de aproximativ 250 Wh/kg.
La expozitie CES anul acesta, Mecedes a prezentat concept car AVTR, realizat din materiale ecologice, care are și o baterie complet reciclabilă. Într-un interviu, managerul senior de cercetare a bateriei Mercedes, Andreas Hintennach, a declarat că tehnologia bateriilor este în prezent supusă unor teste de laborator și va fi gata în 10-15 ani. CATL (partenerul chinez al bateriei Tesla) a dezvoltat, de asemenea, un eșantion de baterie cu stare solidă, dar au raportat că nu va ajunge pe piață până în 2030.
Se așteaptă producția continuă de baterii cu stare solidă va fi fixat din 2025, dar inițial nu în industria auto.
Citeste si:
Lasă un comentariu