Mnohé technológie okolo nás berieme ako samozrejmosť. Napríklad mikropočítače pre telefóny, ktoré fungujú bez nabíjania celý deň. Ale chcem, aby telefón fungoval 3-4 dni bez nabíjania. Alebo elektromobil, ktorý dokáže prejsť 1000 XNUMX kilometrov, nabije sa za pár minút... a stojí menej ako auto s benzínovým motorom. V priebehu rokov sa veľa hovorilo o polovodičových batériách, ale ako sú na tom teraz? A dokedy si ešte musíme počkať pevné batérie skončiť v našich zariadeniach?
Najnovším príkladom je Toyota, ktorá počas zimných olympijských hier oznámila automobil s pevnými batériami. Lítium-iónové batérie, ktoré dnes používame, akokoľvek sú, majú určité nevýhody, ktoré sa polovodičové batérie snažia vyriešiť.
Oba typy využívajú lítium na výrobu elektriny a ich všeobecná štruktúra je dosť podobná. Jednoducho povedané, majú anódu (záporná elektróda), katódu (kladná elektróda) a elektrolyt.
Ich hlavný rozdiel spočíva v stave elektrolytu, ktorý pomáha pri nabíjaní prenášať ióny z katódy na anódu a pri vybíjaní naopak. Inými slovami, elektrolyt reguluje tok elektrického prúdu medzi zápornou a kladnou stranou batérie. Kým lítium-iónové batérie využívajú tekuté elektrolyty, polovodičové batérie, ako už názov napovedá, využívajú tenké vrstvy tuhého elektrolytu.
Pevné elektrolyty majú niekoľko významných výhod:
Na ľavej strane vidíme štruktúru lítium-iónovej batérie a na pravej strane vidíme štruktúru polovodičovej batérie.
3. Nízka hmotnosť a veľkosť: Zatiaľ čo kvapalina vo vnútri lítium-iónových batérií ich robí ťažšími, kompaktná štruktúra polovodičových batérií umožňuje vyššiu hustotu energie na jednotku plochy, čo znamená, že je potrebných menej batérií.
Teoreticky áno, alebo aspoň tam veci smerujú. V skutočnosti do tejto technológie už investuje veľa automobiliek, vrátane Volkswagenu, Toyoty, Fordu a BMW. V praxi sa však články polovodičových batérií vyrábajú jeden po druhom v laboratóriách a aby sa dostali do masovej výroby - nákladná a stále nedostatočne rozvinutá úloha.
Je ťažké vyvinúť pevný elektrolyt, ktorý by bol stabilný, chemicky inertný a zároveň by bol dobrým vodičom iónov medzi elektródami. Okrem toho sú elektrolyty príliš drahé na výrobu a sú náchylné na praskanie v dôsledku ich krehkosti, keď sa rozpínajú a stláčajú počas používania. Ale možno sa to stane, keď budú lítium-iónové batérie postupne dostupnejšie.
V posledných rokoch sa uskutočnilo mnoho zaujímavých štúdií, ktorých cieľom bolo vyriešiť tento problém. Výskumníci MIT vyvinuli takzvané zmiešané iónovo-elektrónové vodiče (MIEC), ako aj elektronické a lítium-iónové izolátory (ELI). Ide o trojrozmernú bunkovú architektúru s nanometrovými trubicami MIEC. Rúry sú naplnené lítiom, ktoré tvorí anódu. Kľúčovou súčasťou tohto objavu je, že bunková štruktúra umožňuje lítiu priestor na expanziu a kontrakciu počas nabíjania a vybíjania. Toto "dýchanie" batérie zabraňuje praskaniu. Povlak trubíc ELI pôsobí ako bariéra, ktorá ich chráni pred pevným elektrolytom. Toto je štruktúra polovodičovej batérie, ktorá nás šetrí od potreby pridávať akúkoľvek kvapalinu alebo gél, a preto nám umožňuje vyhnúť sa dendritom.
Zavolala spoločnosť Iónové skladovacie systémy vyvinul ultratenký keramický elektrolyt s hrúbkou približne 10 mikrometrov, približne rovnakou hrúbkou ako moderné plastové separátory, ktoré používajú tekuté elektrolyty. Každá strana keramického elektrolytu je pokrytá supertenkou vrstvou oxidu hlinitého, ktorá pomáha znižovať odpor. Prototyp batérie má energetickú kapacitu asi 300 Wh/kg a je možné ju nabiť za 5-10 minút. Pre porovnanie: moderné batérie NCA dosahujú energetickú kapacitu okolo 250 Wh/kg.
Na výstave CES Mecedes tento rok predstavil koncepčný automobil AVTR vyrobený z ekologických materiálov, ktorý má navyše plne recyklovateľnú batériu. Senior manažér výskumu batérií Mercedes Andreas Hintennach v rozhovore uviedol, že technológia batérií v súčasnosti prechádza laboratórnym testovaním a bude pripravená o 10-15 rokov. CATL (čínsky partner pre batérie spoločnosti Tesla) tiež vyvinul vzorku polovodičovej batérie, ale oznámila, že sa dostane na trh až v roku 2030.
Očakáva sa nepretržitá výroba polovodičových batérií bude opravený od roku 2025, ale spočiatku nie v automobilovom priemysle.
Prečítajte si tiež:
Nechaj odpoveď