Technologie baterií prošla v průběhu let dlouhou cestou. Gadgety jako drony a chytré telefony by byly bez pokročilé moderní technologie baterií nepraktické.
Baterie však mohou být vždy lepší!
Polovodičové baterie se zdají být dalším velkým pokrokem a produkty, které je používají, jsou za rohem. To znamená, že nyní je ten správný čas seznámit se s tím, čím jsou a proč jsou důležité.
Co znamená „Solid State“?
Ať už jde o olověné akumulátory do automobilů, alkalické jednorázové baterie nebo lithium-polymerové baterie v telefonu, všechny používají kapalný elektrolyt. Elektrolyt je vodivá látka, která spojuje dvě vnitřní svorky baterie. Elektrony protékají elektrolytem a umožňují baterii vybudovat elektrický náboj nebo jej vybít.
Baterie v pevné fázi používá místo tradičního kapalného elektrolytu pevný elektrolyt. To je jediný zásadní rozdíl mezi těmito dvěma bateriemi. Zní to dost jednoduše, ale inženýři a vědci se už desítky let snaží přijít s pevným materiálem, který může fungovat jako elektrolyt.
Co je na pevných bateriích těžké?
Různé materiály, jako je keramika a lithiové kovy, nabízejí potenciál jako elektrolyty v pevné fázi. Problém je v tom, že keramický přístup má za následek špatný výkon baterie. Kovy lithia jsou slibné, ale mají fatální chybu. Jak se baterie nabíjí a vybíjí, elektrolytem rostou kovové „dendrity“. Baterie může zkratovat a stát se nebezpečím.
Hledání praktických a ekonomicky životaschopných řešení těchto problémů bylo posláním několika společností a výzkumných týmů v posledních několika letech. Nyní se tato práce vyplatí.
Proč projít všemi těmito problémy? Podívejme se na výhody, které baterie v pevné fázi slibují oproti tradičním.
Bezpečnost
Baterie uchovávají velké množství energie a vždy existuje nebezpečí, že tato energie může být nekontrolovaně uvolňována. . Pokud k tomu dojde, může to znamenat požár, výbuchy a další nežádoucí následky. Polovodičové baterie, za předpokladu, že je problém s dendritem vyřešen, slibují, že budou bezpečnější a stabilnější. Za prvé, nejsou hořlavé, takže požáry baterií by měly být minulostí.
To není důležité pouze pro elektrická vozidla, jako jsou automobily a drony, ale také pro osobní elektroniku, jako jsou smartphony a notebooky. Mnoho lidí je každý rok zraněno požáry baterií v jejich elektronických přístrojích. Ve výsledku byly spáleny celé domy!
Rychlost dobíjení
Moderní lithiové baterie mohou nabíjejte působivou rychlostí, ale jejich naplnění trvá stále dlouho nahoru. Existuje limit, kolik energie můžete nalít do tradiční lithium-iontové baterie, než půjde všechno do strany. Polovodičové baterie slibují, že se nabijí až šestkrát rychleji než baterie, které aktuálně používáme. To znamená, že telefon nabijete z prázdného na plný za pět minut nebo nabíjení elektromobilu na 80% za 15.
Energetická kapacita a velikost
Lithium-iontové baterie mají v současné době nejvyšší hustotu energie ze všech typů baterií prodávaných veřejnosti. Přesto je stále mnohokrát méně hustý než benzín. I když baterie v polovodičovém stavu nedosahují stejné úrovně jako plyn, slibují, že více než zdvojnásobí hustotu energie na jeden objem.
Jinými slovy, pokud jste vyměnili baterii v telefonu pomocí modelu v pevné fázi, mohl by teoreticky běžet dvakrát tak dlouho, aniž by se zvětšila jeho velikost. Toto je další velký prodejní bod pro elektrická vozidla, která nejsou tak populární, jak by mohla být, díky úzkosti dojezdu.
Životnost a životnost
Většina současných lithium-iontových baterií začíná degradovat po přibližně 500 cyklech úplného nabití a vybití. Po tomto bodě baterie začíná ztrácet svoji kapacitu, dokud vůbec neudrží náboj. U smartphonů, které nyní mají zapečetěné baterie, to výrazně omezuje životnost zařízení. Baterie v pevné fázi slibují, že tento limit výrazně zvýší. Až pětkrát.
Takže kde by se běžná baterie telefonu pro každodenní použití mohla začít kazit po dvou až třech letech, zůstala by polovodičová baterie při své jmenovité kapacitě až patnáct let. U elektromobilů, kde je výměna baterií extrémně nákladná, by to mohlo mít dramatický dopad na náklady na vlastnictví této třídy vozidel.
Slabé stránky baterie v pevné fázi
Pokud to všechno zní příliš dobře, než aby to byla pravda, existuje několik upozornění na tuto technologii. Některé z nich je ještě třeba vyřešit, než bude dosaženo širokého přijetí technologie baterií v pevné fázi.
Kdy si můžete koupit polovodičové baterie?
Existuje několik společností, jako jsou Solidní síla a QuantumScape, které tvrdí, že jsou na pokraji komerčních aplikací na polovodičové baterie.
Toyota plánuje mít polovodičová elektrická vozidla na prodej již 2021. Solid Power i QuantumScape usilují o zavedení baterií pro vozidla v letech 2022 a 2024. To znamená, že v příštích několika letech bychom mohli být hned na začátku revoluce v oblasti baterií.
To je ještě předtím, než se dostaneme k možnostem, které plynou z používání grafenu. Tento zázračný materiál slibuje ještě lepší baterie, ať už obsahují kapalné nebo pevné elektrolyty. Získání grafenu k hraní míče uniklo vědcům a technikům déle, než se očekávalo, ale hybridní grafenová powerbanka si můžete koupit hned teď. Budoucnost je opravdu tady.