A minket körülvevő technológia nagy részét természetesnek vesszük. Például mikroszámítógépek telefonokhoz, amelyek egész nap töltés nélkül működnek. De szeretném, ha a telefon 3-4 napig működne töltés nélkül. Vagy egy elektromos autó, amely 1000 kilométert tesz meg, néhány perc alatt feltöltődik... és kevesebbe kerül, mint egy benzinmotoros autó. Az évek során sok szó esett a szilárdtest-akkumulátorokról, de hogyan állnak most a dolgok? És mennyit kell még várnunk szilárdtest akkumulátorok készülékeinkbe kerül?
A legfrissebb példa a Toyota, amely a téli olimpia idején jelentett be szilárdtest akkumulátoros autót. A ma használt lítium-ion akkumulátoroknak, bármilyen nagyszerűek is, vannak bizonyos hátrányai, amelyeket a szilárdtest akkumulátorok megpróbálnak megoldani.
Mi bennük a kozos?
Mindkét típus lítiumot használ elektromos áram előállítására, és általános szerkezetük meglehetősen hasonló. Egyszerűen fogalmazva: anódjuk (negatív elektróduk), katódjuk (pozitív elektróduk) és elektrolitjuk van.
Fő különbségük az elektrolit állapotában rejlik, amely elősegíti az ionok átvitelét a katódról az anódra a töltés során, és fordítva a kisülés során. Más szóval, az elektrolit szabályozza az elektromos áram áramlását az akkumulátor negatív és pozitív oldala között. Míg a lítium-ion akkumulátorok folyékony elektrolitokat használnak, a szilárdtest akkumulátorok, ahogy a nevük is sugallja, vékony réteg szilárd elektrolitot használnak.
Ez miért fontos?
A szilárd elektrolitoknak számos jelentős előnye van:
- Biztonság: psavas elektrolitok illó és magas hőmérsékleten könnyen meggyullad. Ellentétben velük, a szilárd elektrolitok stabilabbak, és csökkentik a tűz- vagy robbanásveszélyt.
- Magasabb energia sűrűség és gyorsabb töltési idő: pA megnövekedett stabilitás azt jelenti, hogy a szilárdtest akkumulátorok 50%-kal több energiát képesek tárolni, mint lítium-ion társaik, miközben várhatóan 80 percen belül elérik a 12%-os töltöttséget.
A bal oldalon egy lítium-ion akkumulátor, a jobb oldalon pedig egy szilárdtest akkumulátor felépítését látjuk.
3. Könnyebb súly és méret: Míg a lítium-ion akkumulátorok belsejében lévő folyadék nehezebbé teszi őket, a szilárdtest-akkumulátorok kompakt szerkezete nagyobb területegységre vetített energiasűrűséget tesz lehetővé, ami azt jelenti, hogy kevesebb akkumulátorra van szükség.
A szilárdtest akkumulátorok felváltják a lítium-ion akkumulátorokat?
Elméletileg igen, vagy legalábbis errefelé haladnak a dolgok. Valójában sok autógyártó már beruház ebbe a technológiába, köztük a Volkswagen, a Toyota, a Ford és a BMW. A gyakorlatban azonban a szilárdtest-akkumulátorok celláit egyenként állítják elő laboratóriumokban, és tömeggyártásba hozzák - költséges és még mindig nem kellően kidolgozott feladat.
Nehéz olyan szilárd elektrolitot kifejleszteni, amely egyszerre lenne stabil, kémiailag semleges és jó ionvezető lenne az elektródák között. Ezenkívül az elektrolitok gyártása túl drága, és hajlamosak a repedésekre, mivel a használat során kitágítják és összenyomják ridegségüket. De talán a lítium-ion akkumulátorok fokozatosan megfizethetőbbé válnak, ez meg fog történni.
Milyen tanulmányok készültek már?
Az elmúlt években számos érdekes tanulmány készült, amelyek ennek a problémának a megoldására irányultak. Az MIT kutatói úgynevezett kevert ion-elektron vezetőket (MIEC), valamint elektronikus és lítium-ion szigetelőket (ELI) fejlesztettek ki. Ez egy háromdimenziós cellás architektúra nanoméretű MIEC-csövekkel. A csövek lítiummal vannak feltöltve, amely az anódot képezi. Ennek a felfedezésnek a kulcsfontosságú része az, hogy a sejtszerkezet lehetővé teszi a lítium kitágulását és összehúzódását a töltés és kisütés során. Az akkumulátornak ez a „lélegzése” megakadályozza a repedéseket. Az ELI csövek bevonata gátként védi őket a szilárd elektrolittól. Ez a szilárdtest akkumulátor felépítése, amely megkímél minket attól, hogy ne kelljen folyadékot vagy gélt hozzáadni, és így elkerülhetjük a dendriteket.
Egy cég hívott Iontároló rendszerek kifejlesztett egy körülbelül 10 mikrométer vastag, ultravékony kerámia elektrolitot, amely körülbelül ugyanolyan vastag, mint a folyékony elektrolitokat használó modern műanyag szeparátorok. A kerámia elektrolit minden oldala szupervékony alumínium-oxid réteggel van bevonva, amely segít csökkenteni az ellenállást. Az akkumulátor prototípus energiakapacitása körülbelül 300 Wh/kg, és 5-10 perc alatt feltölthető. Összehasonlításképpen: a modern NCA akkumulátorok körülbelül 250 Wh/kg energiakapacitást érnek el.
A kiállításon CES idén a Mecedes bemutatta a környezetbarát anyagokból készült AVTR koncepcióautót, amely teljesen újrahasznosítható akkumulátorral is rendelkezik. A Mercedes akkumulátorkutatási vezetője, Andreas Hintennach egy interjúban kijelentette, hogy az akkumulátortechnológia jelenleg laboratóriumi tesztelés alatt áll, és 10-15 éven belül készen lesz. A CATL (a Tesla kínai akkumulátor-partnere) is kifejlesztett egy minta szilárdtest-akkumulátort, de arról számoltak be, hogy ez csak 2030-ban kerül piacra.
A szilárdtest akkumulátorok folyamatos gyártása várható rögzítve lesz 2025-től, de kezdetben nem az autóiparban.
Olvassa el még: