Hvad er Solid State-batterier, og hvorfor er de vigtige?

Batteriteknologi(Battery) er kommet langt gennem årene. Gadgets som droner(drones) og smartphones ville være upraktiske uden avanceret moderne batteriteknologi. 

Batterier kunne dog altid være bedre! 

Solid state-batterier ser ud til at være det næste store fremskridt, og produkter, der bruger dem, er rundt om hjørnet. Det betyder, at nu er det perfekte tidspunkt til at sætte dig ind i, hvad de er, og hvorfor de er vigtige.

Hvad betyder "fast tilstand"?

Uanset om det er et bilbatteri med blysyre, alkaliske engangsartikler eller lithiumpolymerbatterier(lithium polymer batteries) i en telefon, bruger de alle en flydende elektrolyt. Elektrolytten er et ledende stof, der forbinder batteriets to indre terminaler. Elektroner strømmer gennem elektrolytten, hvilket gør det muligt for batteriet enten at opbygge en elektrisk ladning eller at aflade den.

Et solid state-batteri bruger en fast elektrolyt i stedet for den traditionelle flydende elektrolyt. Det er den eneste grundlæggende forskel mellem de to batteriteknologier. Det lyder simpelt nok, men ingeniører og videnskabsmænd har i årtier kæmpet for at komme frem til et solidt materiale, der kan fungere som en elektrolyt.

Hvad er svært(Hard) ved Solid State- batterier?

Forskellige materialer, såsom keramik og lithiummetaller, tilbyder potentiale som faststofelektrolytter. Problemet er, at den keramiske tilgang har resulteret i dårlig batteriydelse. Lithiummetaller er lovende, men har en fatal fejl. Når batteriet oplades og aflades, vokser metal "dendritter" gennem elektrolytten. Batteriet kan kortslutte og blive til en fare.

At finde praktiske og økonomisk levedygtige løsninger på disse problemer har været missionen for adskillige virksomheder og forskerhold gennem de seneste år. Nu er det arbejde ved at betale sig. 

Hvorfor gå igennem alle disse problemer? Lad os se på de fordele, som solid state-batterier lover i forhold til traditionelle.

Sikkerhed

Batterier lagrer store mængder energi, og der er altid en fare for, at denne energi kan frigives på en ukontrolleret måde. Når det sker, kan det betyde brand, eksplosioner og andre uønskede udfald. Solid state-batterier, forudsat at dendritproblemet er løst, lover at være sikrere og mere stabile. For det første er de ikke brandfarlige, så batteribrande burde være fortid.

Dette er ikke kun vigtigt for elektriske køretøjer som biler og droner, men også for personlig elektronik som smartphones og bærbare computere. Mange mennesker kommer hvert år til skade af batteribrande i deres elektroniske gadgets. Hele huse er blevet brændt ned til grunden som et resultat!

Genopladningshastighed

Moderne lithiumbatterier kan oplades med imponerende hastigheder(charge at impressive speeds) , men de tager stadig lang tid at fylde op. Der er en grænse for, hvor meget energi du kan hælde i et traditionelt lithium-ion-batteri, før det hele går sidelæns. Solid state-batterier lover at oplade så meget som seks gange hurtigere end de batterier, vi bruger i øjeblikket. Det betyder, at du skal oplade din telefon fra tom til fuld på fem minutter eller charging an electric car to 80% in 15 .

Energikapacitet og størrelse

Lithium -ion-batterier har i øjeblikket den højeste energitæthed af enhver batteritype, der sælges til offentligheden. Alligevel er den stadig mange gange mindre tæt end benzin. Selvom solid state-batterier ikke bringer batterier op på niveau med gas, lover det mere end at fordoble energitætheden pr. volumen. 

Med andre ord, hvis du skiftede batteriet i din telefon ved hjælp af en solid state-model, kunne den teoretisk køre dobbelt så lang tid uden at stige i størrelse. Dette er endnu et stort salgsargument for elektriske køretøjer, som ikke er så populære, som de kunne være, takket være rækkeviddeangst.

Levetid og holdbarhed

De fleste nuværende lithium-ion-batterier begynder at nedbrydes efter omkring 500 fulde opladnings-afladningscyklusser. Efter det tidspunkt begynder batteriet at miste sin kapacitet,(battery begins to lose its capacity) indtil det næsten ikke kan holde en opladning overhovedet. I smartphones, som nu har en tendens til at have forseglede batterier, sætter dette en hård grænse for enhedens levetid. Solid state-batterier lover at øge denne grænse betydeligt. Hele fem gange. 

Så hvor et typisk telefonbatteri til dagligt brug kan begynde at blive nedbrudt efter to til tre år, ville et solid state-batteri forblive på sin nominelle kapacitet i op til femten år(fifteen years) . I elbiler, hvor udskiftning af batterier er ekstremt dyr, kan det have en dramatisk effekt på ejeromkostningerne for denne klasse af køretøjer. 

Solid State-batterisvagheder

Hvis alt dette lyder for godt til at være sandt, er der et par forbehold til teknologien. Nogle af disse mangler stadig at blive løst, før en udbredt anvendelse af solid state-batteriteknologi opnås.

  • Omkostningerne(Cost ) er måske den største fjende. Forskerhold(Research) og startup-virksomheder arbejder hårdt på at gøre produktionsprocessen for disse batterier billigere og skalerbar. Nogle virksomheder hævder at være tæt på, men vi ved ikke, hvor succesrige de har haft, før vi ser de faktiske priser på produkter med disse batterier.
  • Disse batterier kæmper også ved lave temperaturer(struggle at low temperatures) . Derfor er løsninger, der involverer at isolere dem eller holde dem ved en god driftstemperatur, en del af udfordringen.

Hvornår kan du købe solid state- batterier?

Der er et par virksomheder som Solid Power og QuantumScape , som hævder at være på spidsen for kommercielle solid state-batteriapplikationer. 

Toyota planlægger at have solid state batteri elektriske køretøjer til salg så tidligt som i 2021 . Både Solid Power og QuantumScape sigter mod en udrulning af batterier til køretøjer i henholdsvis 2022 og 2024. Det betyder, at vi i løbet af de næste par år kan være lige ved starten af ​​en batterirevolution. 

Det er før vi overhovedet kommer ind på de muligheder, der kommer af at bruge grafen. Dette vidundermateriale lover endnu bedre batterier, uanset om de har flydende eller faste elektrolytter i dem. At få grafen til at spille bold har undgået videnskabsmænd og ingeniører i længere tid end forventet, men du kan allerede nu købe en hybrid grafen powerbank(hybrid graphene powerbank) . Sandelig(Truly) , fremtiden er her.



Lærke Jansson

About the author

Jeg er en computertekniker med over 10 års erfaring, heraf 3 år som 店員. Jeg har erfaring med både Apple og Android enheder, og er særligt dygtig til at reparere og opgradere computere. Jeg nyder også at se film på min computer og bruge min iPhone til at tage billeder og videoer.


Related posts