Біз айналамыздағы технологияның көпшілігін кәдімгідей қабылдаймыз. Мысалы, күні бойы зарядталмай жұмыс істейтін телефондарға арналған микрокомпьютерлер. Бірақ телефон зарядталмай 3-4 күн жұмыс істегенін қалаймын. Немесе 1000 шақырым жүре алатын, санаулы минуттарда зарядталатын... және бензин қозғалтқышы бар көліктен арзанырақ электромобиль. Жылдар бойы қатты күйдегі батареялар туралы көп айтылды, бірақ қазір жағдай қалай жүріп жатыр? Ал біз әлі қанша күтуіміз керек қатты күйдегі батареялар біздің құрылғыларымыздың ішінде аяқталады ма?
Ең соңғы мысал - Қысқы Олимпиада ойындары кезінде қатты күйдегі аккумуляторлы автокөлікті жариялаған Toyota. Бүгінгі күні біз қолданатын литий-ионды батареялардың, қаншалықты керемет болса да, қатты күйдегі батареялар шешуге тырысатын белгілі бір кемшіліктері бар.
Екі түрі де электр энергиясын өндіру үшін литийді пайдаланады және олардың жалпы құрылымы өте ұқсас. Қарапайым сөзбен айтқанда, оларда анод (теріс электрод), катод (оң электрод) және электролит бар.
Олардың негізгі айырмашылығы электролит күйінде жатыр, ол зарядтау кезінде иондарды катодтан анодқа және разряд кезінде керісінше беруге көмектеседі. Басқаша айтқанда, электролит батареяның теріс және оң жақтары арасындағы электр тогының ағынын реттейді. Литий-ионды батареялар сұйық электролиттерді пайдаланса, қатты күйдегі батареялар, олардың аты айтып тұрғандай, қатты электролиттің жұқа қабаттарын пайдаланады.
Қатты электролиттердің бірқатар маңызды артықшылықтары бар:
Сол жақта литий-ионды аккумулятордың құрылымын көреміз, ал оң жақта қатты күйдегі батареяның құрылымын көреміз.
3. Жеңіл салмақ пен өлшем: литий-ионды батареялардың ішіндегі сұйықтық оларды ауырлатса, қатты күйдегі батареялардың ықшам құрылымы аудан бірлігіне жоғары энергия тығыздығына мүмкіндік береді, бұл азырақ батарея қажет дегенді білдіреді.
Теориялық тұрғыдан, иә, немесе, ең болмағанда, бәрі сол жерде. Шын мәнінде, көптеген автоөндірушілер бұл технологияға инвестиция салуда, соның ішінде Volkswagen, Toyota, Ford және BMW. Дегенмен, іс жүзінде қатты күйдегі батареялардың ұяшықтары зертханаларда бір-бірден шығарылады және оларды жаппай өндіріске жеткізу үшін - қымбат және әлі де жеткіліксіз әзірленген тапсырма.
Тұрақты, химиялық инертті және электродтар арасындағы иондарды жақсы өткізетін қатты электролит жасау қиын. Сонымен қатар, электролиттер өндіру үшін тым қымбат және пайдалану кезінде кеңейтілген және қысылған кезде олардың сынғыштығына байланысты крекингке бейім. Бірақ, мүмкін, литий-иондық батареялар біртіндеп қолжетімді бола бастағанда, бұл орын алуы мүмкін.
Соңғы жылдары бұл мәселені шешуге бағытталған көптеген қызықты зерттеулер жүргізілді. MIT зерттеушілері аралас ионды-электрондық өткізгіштер (MIECs), сондай-ақ электронды және литий-иондық изоляторлар (ELIs) деп аталатындарды әзірледі. Бұл наноөлшемді MIEC түтіктері бар үш өлшемді ұялы архитектура. Түтіктер анодты құрайтын литиймен толтырылған. Бұл ашылудың негізгі бөлігі - жасушалық құрылым зарядтау және разрядтау кезінде литийдің кеңеюіне және жиырылуына мүмкіндік береді. Батареяның бұл «тыныс алуы» жарықтардың пайда болуына жол бермейді. ELI түтіктерінің жабыны оларды қатты электролиттен қорғайтын тосқауыл ретінде әрекет етеді. Бұл қатты күйдегі батареяның құрылымы, ол бізді кез келген сұйықтықты немесе гельді қосу қажеттілігінен құтқарады, сондықтан дендриттерден аулақ болуға мүмкіндік береді.
Бір компания шақырды Иондарды сақтау жүйелері сұйық электролиттерді пайдаланатын қазіргі пластикалық сепараторлар сияқты қалыңдығы шамамен 10 микрометр болатын ультра жұқа керамикалық электролит жасады. Керамикалық электролиттің әр жағы қарсылықты азайтуға көмектесетін алюминий оксидінің өте жұқа қабатымен қапталған. Аккумулятордың прототипі шамамен 300 Вт/кг қуат сыйымдылығына ие және оны 5-10 минутта зарядтауға болады. Салыстыру үшін: қазіргі заманғы NCA батареялары шамамен 250 Вт/кг қуат сыйымдылығына жетеді.
Көрмеде CES Осы жылы Mecedes экологиялық таза материалдардан жасалған AVTR концепті автомобильін көрсетті, оның да толығымен қайта өңделетін батареясы бар. Сұхбатында Mercedes-тің аккумуляторларды зерттеу жөніндегі аға менеджері Андреас Хинтеннах аккумулятор технологиясы қазіргі уақытта зертханалық сынақтан өтіп жатқанын және 10-15 жылдан кейін дайын болатынын айтты. CATL (Tesla-ның қытайлық аккумуляторлық серіктесі) сондай-ақ қатты күйдегі аккумулятор үлгісін әзірледі, бірақ олар 2030 жылға дейін нарыққа шықпайтынын хабарлады.
Қатты күйдегі батареяларды үздіксіз өндіру күтілуде бекітілетін болады 2025 жылдан бастап, бірақ бастапқыда автомобиль өнеркәсібінде емес.
Сондай-ақ оқыңыз:
пікір қалдыру