Nima uchun elektromobillar uchun qattiq holatdagi batareyalar litiy-ionli hamkasblariga qaraganda yaxshiroq?

Biz tevarak-atrofimizdagi texnologiyaning ko'p qismini tabiiy deb qabul qilamiz. Masalan, kun bo'yi zaryad olmasdan ishlaydigan telefonlar uchun mikrokompyuterlar. Lekin telefon 3-4 kun quvvatlanmasdan ishlashini istayman. Yoki 1000 kilometr masofani bosib o‘ta oladigan, bir necha daqiqada quvvat oladigan... va benzinli dvigatelli mashinadan arzonroq elektromobil. Yillar davomida qattiq holatdagi batareyalar haqida ko'p gapirildi, ammo hozir ishlar qanday ketmoqda? Va yana qancha kutishimiz kerak qattiq holatda batareyalar bizning qurilmalarimizda tugaydimi?

Eng so'nggi misol - Qishki Olimpiya o'yinlari paytida qattiq batareyali avtomobilni e'lon qilgan Toyota. Bugungi kunda biz foydalanadigan lityum-ion batareyalar, qanchalik ajoyib bo'lsa-da, qattiq holatdagi batareyalar hal qilishga harakat qiladigan ba'zi kamchiliklarga ega.

Ularda qanday umumiylik bor?

Ikkala tur ham elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun lityumdan foydalanadi va ularning umumiy tuzilishi juda o'xshash. Oddiy qilib aytganda, ular anod (salbiy elektrod), katod (musbat elektrod) va elektrolitga ega.

Ularning asosiy farqi elektrolitlar holatida bo'lib, u zaryadlash paytida ionlarni katoddan anodga o'tkazishga yordam beradi va aksincha. Boshqacha qilib aytganda, elektrolitlar batareyaning salbiy va ijobiy tomonlari orasidagi elektr tokining oqishini tartibga soladi. Lityum-ion batareyalar suyuq elektrolitlardan foydalansa, qattiq holatdagi batareyalar, ularning nomidan ko'rinib turibdiki, qattiq elektrolitning nozik qatlamlaridan foydalanadi.

Nima uchun bu muhim?

Qattiq elektrolitlar bir qator muhim afzalliklarga ega:

1. Xavfsizlik: pkislotali elektrolitlar uchuvchan va yuqori haroratlarda osongina yonadi. Ulardan farqli o'laroq, qattiq elektrolitlar yanada barqaror va yong'in yoki portlash xavfini kamaytiradi.
2. Yuqori energiya zichligi va tezroq zaryadlash vaqti: pBarqarorlikning oshishi qattiq holatdagi akkumulyatorlarning litiy-ionli hamkasblariga qaraganda 50% ko'proq energiya saqlashi mumkinligini anglatadi, shu bilan birga ular 80 daqiqa ichida 12% zaryadga yetishi kutilmoqda.

Chap tomonda biz litiy-ion batareyasining tuzilishini, o'ngda esa qattiq holatdagi batareyaning tuzilishini ko'ramiz.

3. Og'irligi va o'lchamlari engilroq: Lityum-ion batareyalar ichidagi suyuqlik ularni og'irlashtirsa-da, qattiq holatdagi batareyalarning ixcham tuzilishi maydon birligi uchun yuqori energiya zichligini ta'minlaydi, bu esa kamroq batareyalar kerakligini anglatadi.

Qattiq holatdagi batareyalar lityum-ion batareyalarni almashtiradimi?

Nazariy jihatdan, ha, yoki hech bo'lmaganda, hamma narsa shu erda. Darhaqiqat, ko'plab avtomobil ishlab chiqaruvchilar allaqachon ushbu texnologiyaga sarmoya kiritmoqdalar, jumladan Volkswagen, Toyota, Ford va BMW. Biroq, amalda, qattiq holatdagi akkumulyatorlarning xujayralari laboratoriyalarda birma-bir ishlab chiqariladi va ularni ommaviy ishlab chiqarishga olib kelish uchun - qimmat va hali ham yetarlicha ishlab chiqilmagan vazifa.

Barqaror, kimyoviy jihatdan inert va elektrodlar orasidagi ionlarni yaxshi o'tkazuvchi qattiq elektrolitni ishlab chiqish qiyin. Bundan tashqari, elektrolitlar ishlab chiqarish uchun juda qimmat va foydalanish paytida kengaytirilganda va siqilganda ularning mo'rtligi tufayli yorilishga moyil bo'ladi. Ammo, ehtimol, lityum-ion batareyalar asta-sekin arzonroq bo'lib, bu sodir bo'ladi.

Qanday tadqiqotlar allaqachon qilingan?

So'nggi yillarda ushbu muammoni hal qilishga qaratilgan ko'plab qiziqarli tadqiqotlar o'tkazildi. MIT tadqiqotchilari aralash ion-elektron o'tkazgichlar (MIECs), shuningdek elektron va litiy-ion izolyatorlari (ELI) deb ataladigan narsalarni ishlab chiqdilar. Bu nano o'lchamli MIEC quvurlari bilan uch o'lchovli uyali arxitektura. Quvurlar anodni tashkil etuvchi lityum bilan to'ldirilgan. Ushbu kashfiyotning asosiy qismi shundan iboratki, uyali tuzilma zaryadlash va zaryadlash vaqtida litiyning kengayishi va qisqarishiga imkon beradi. Batareyaning bunday "nafas olishi" yoriqlar paydo bo'lishining oldini oladi. ELI quvurlarining qoplamasi ularni qattiq elektrolitlardan himoya qiluvchi to'siq bo'lib xizmat qiladi. Bu bizni har qanday suyuqlik yoki jel qo'shish zaruratidan qutqaradigan qattiq holatdagi batareyaning tuzilishi va shuning uchun dendritlardan qochish imkonini beradi.

Bir kompaniya qo'ng'iroq qildi Ion saqlash tizimlari taxminan 10 mikrometr qalinlikdagi, suyuq elektrolitlardan foydalanadigan zamonaviy plastik separatorlar bilan bir xil qalinlikdagi ultra yupqa keramik elektrolitni ishlab chiqdi. Seramika elektrolitining har bir tomoni qarshilikni kamaytirishga yordam beradigan o'ta yupqa alyuminiy oksidi qatlami bilan qoplangan. Akkumulyator prototipi taxminan 300 Vt/kg energiya quvvatiga ega va 5-10 daqiqada quvvatlanadi. Taqqoslash uchun: zamonaviy NCA batareyalari taxminan 250 Vt / kg energiya quvvatiga etadi.

Ko'rgazmada CES bu yil Mecedes ekologik toza materiallardan tayyorlangan AVTR konsept-karini namoyish etdi, u ham butunlay qayta ishlanadigan akkumulyatorga ega. Intervyuda Mercedes akkumulyatori bo‘yicha katta tadqiqot menejeri Andreas Xintennax akkumulyator texnologiyasi hozirda laboratoriya sinovidan o‘tayotgani va 10-15 yil ichida tayyor bo‘lishini aytdi. CATL (Tesla'ning xitoylik akkumulyator hamkori) ham namunali qattiq holatdagi akkumulyatorni ishlab chiqdi, ammo ular 2030 yilgacha bozorga chiqmasligini ma'lum qilishdi.

Qattiq xolatli akkumulyatorlarning uzluksiz ishlab chiqarilishi kutilmoqda tuzatiladi 2025 yildan boshlab, lekin dastlab avtomobil sanoatida emas.

Shuningdek o'qing:

• Katta batareya va tez zaryadlash hali birga bo'lolmaydi
• Tez zaryadlashning yangi turi ishlab chiqildi: lityum batareyalar 10 daqiqada quvvatlanadi.