Чем твердотельные батареи отличаются от литий-ионных?

Твердотельные батареиОбеспечивают в два раза большую плотность энергии, чем литий-ионные батареи, с повышенной безопасностью и увеличенным сроком службы. Они демонстрируют большую долговечность при больших нагрузках и лучше работают в более широком диапазоне температур.

Твердотельные аккумуляторы заряжаются быстрее и служат дольше

По сравнению с традиционными литий-ионными батареями твердотельные батареи заряжаются быстрее, работают при более низких температурах и хранят больше энергии в меньшем пространстве.

Эти батареи заменяют легковоспламеняющиеся жидкости в стандартных элементах более безопасными и эффективными твердыми материалами. В то время как современным батареям для достижения 80% заряда может потребоваться от 30 до 45 минут, твердотельные батареи могут сократить это время до 12 минут, а в некоторых случаях всего до 3 минут.

Профессор машиностроения объяснил, что эти преимущества в конечном итоге обусловлены химией и инженерией. «Отказываясь от жидкостей и используя стабильные твердые материалы, мы можем безопасно вложить в батарею больше энергии одновременно, без риска перегрева или возгорания», — сказал он.

Традиционные литий-ионные батареи перемещают ионы лития — частицы, несущие электрический заряд, — через жидкий электролит. Однако эта жидкость со временем разлагается, ограничивая скорость зарядки и создавая опасность возгорания. В твердотельных батареях используются твердые материалы, что создает более безопасную и стабильную среду для движения литий-ионных аккумуляторов. Это обеспечивает более быструю и эффективную зарядку с меньшими проблемами безопасности.

Твердый материал внутри этих батарей называется твердотельным электролитом.

В обзоре выделены три основных типа: на основе сульфидов, на основе оксидов и на основе полимеров. Каждый тип имеет определенные преимущества: некоторые позволяют ионам двигаться быстрее, другие обеспечивают лучшую долговременную стабильность или их легче производить. Среди них выделяются сульфидные электролиты, которые работают почти так же хорошо, как и жидкости в современных батареях, но без их недостатков.

Твердотельные батареитакже имеют тенденцию использовать литий более эффективно. Во многих конструкциях используются слои металлического лития, которые сохраняют больше энергии в меньшем пространстве, чем слои графита, используемые в современных батареях. Это означает, что твердотельные батареи могут быть легче и меньше, обеспечивая при этом питание устройств столько же или даже дольше.

Цель этого обзора — помочь исследователям и инженерам ускорить разработку, масштабируемость и практическое развертывание твердотельных систем.

Однако проблемы остаются. Массовое производство этих батарей остается сложным и дорогостоящим. Ниже изложен план действий по решению этих проблем, включая разработку более качественных материалов, улучшение взаимодействия между компонентами аккумуляторов и совершенствование технологий производства для упрощения производства.

Новые электролитные материалы

Натрий-ионные батареи. Исследователи изучают альтернативы натрий-ионным батареям, которые предлагают потенциальную экономическую эффективность, сохраняя при этом преимущества твердотельных батарей.

Керамические композиты: эти материалы обладают более высокой стабильностью и долговечностью по сравнению с традиционными электролитами, что делает их объектом постоянных исследований.

Производственные инновации

3D-печать: этот метод позволяет создавать сложные конструкции, повышая производительность аккумулятора и сокращая отходы материала.

Рулонная обработка: эта масштабируемая технология производства направлена ​​на снижение производственных затрат, делая твердотельные батареи более доступными для различных применений.

Системы управления батареями (BMS)

Интеллектуальные технологии: усовершенствованная технология BMS оптимизирует циклы зарядки, отслеживая состояние аккумулятора, что значительно продлевает срок его службы. Ищите системы, которые балансируют скорость зарядки и разрядки, чтобы максимизировать здоровье батареи.

Заключение

Твердотельные батареипрокладывают путь к новой эре в хранении энергии. Их впечатляющая долговечность и надежность предлагают многообещающую альтернативу традиционным литий-ионным батареям. Понимая факторы, влияющие на срок их службы, вы сможете принимать обоснованные решения при их использовании в своих устройствах.