Vrijdag 29 maart 2024

bureaublad v4.2.1

Root NationаттіTechnologieënWaarom zijn solid-state batterijen voor elektrische auto's beter dan hun lithium-ion-tegenhangers?

Waarom zijn solid-state batterijen voor elektrische auto's beter dan hun lithium-ion-tegenhangers?

-

Veel van de technologie om ons heen beschouwen we als vanzelfsprekend. Bijvoorbeeld microcomputers voor telefoons die de hele dag werken zonder op te laden. Maar ik wil dat de telefoon 3-4 dagen werkt zonder op te laden. Of een elektrische auto die 1000 kilometer kan rijden, in enkele minuten kan worden opgeladen... en minder kost dan een auto met benzinemotor. Er is door de jaren heen veel gesproken over solid-state batterijen, maar hoe gaat het nu? En hoe lang moeten we nog wachten tot solid state batterijen in onze apparaten terechtkomen?

solid-state batterij

Het meest recente voorbeeld is Toyota, dat tijdens de Olympische Winterspelen een solid-state batterijauto aankondigde. De lithium-ionbatterijen die we tegenwoordig gebruiken, hoe goed ze ook zijn, hebben bepaalde nadelen die solid-state-batterijen proberen op te lossen.

Wat hebben zij gemeen met elkaar?

Beide typen gebruiken lithium om elektriciteit te produceren en hun algemene structuur is vrij gelijkaardig. Simpel gezegd, ze hebben een anode (negatieve elektrode), een kathode (positieve elektrode) en een elektrolyt.

EV-batterijen

Hun belangrijkste verschil ligt in de toestand van de elektrolyt, die helpt bij het overbrengen van ionen van de kathode naar de anode tijdens het opladen en vice versa tijdens het ontladen. Met andere woorden, de elektrolyt regelt de stroom van elektrische stroom tussen de negatieve en positieve kanten van de batterij. Terwijl lithium-ionbatterijen vloeibare elektrolyten gebruiken, gebruiken solid-state batterijen, zoals hun naam al aangeeft, dunne lagen vaste elektrolyt.

Waarom is dit belangrijk?

Vaste elektrolyten hebben een aantal belangrijke voordelen:

  1. Beveiliging: pzure elektrolyten vluchtig en gemakkelijk ontbranden bij hoge temperaturen. In tegenstelling tot hen zijn vaste elektrolyten stabieler en verminderen ze het risico op brand of explosie.
  2.  Hoger energiedichtheid en snellere oplaadtijd: pverhoogde stabiliteit betekent dat solid-state batterijen 50% meer energie kunnen opslaan dan hun lithium-ion-tegenhangers, terwijl ze naar verwachting binnen 80 minuten 12% opladen.

EV-batterijen

Links zien we de structuur van een lithium-ion batterij, en rechts zien we de structuur van een solid-state batterij.

3. Lichter gewicht en formaat: terwijl de vloeistof in lithium-ionbatterijen ze zwaarder maakt, zorgt de compacte structuur van solid-state batterijen voor een hogere energiedichtheid per oppervlakte-eenheid, wat betekent dat er minder batterijen nodig zijn.

- Advertentie -

Zullen solid-state batterijen lithium-ionbatterijen vervangen?

In theorie wel, tenminste, daar gaan de dingen naartoe. Veel autofabrikanten investeren zelfs al in deze technologie, waaronder Volkswagen, Toyota, Ford en BMW. In de praktijk worden cellen van vastestofbatterijen echter één voor één in laboratoria geproduceerd en om ze in massaproductie te brengen - een dure en nog onvoldoende ontwikkelde taak.

Waarom zijn solid-state batterijen voor EV's beter dan hun lithium-ion-tegenhangers?
Een gereduceerde solid-state batterij (rechts) met dezelfde capaciteit als een lithium-ionbatterij (links).

Het is moeilijk om een ​​vaste elektrolyt te ontwikkelen die zowel stabiel als chemisch inert is en een goede ionengeleider tussen de elektroden is. Bovendien zijn elektrolyten te duur om te vervaardigen en zijn ze vatbaar voor barsten vanwege hun broosheid wanneer ze tijdens gebruik worden geëxpandeerd en samengedrukt. Maar misschien zal het gebeuren als lithium-ionbatterijen geleidelijk betaalbaarder worden.

Welke onderzoeken zijn er al gedaan?

De afgelopen jaren zijn er veel interessante onderzoeken gedaan om dit probleem op te lossen. MIT-onderzoekers hebben zogenaamde mixed ion-electron conductors (MIEC's) ontwikkeld, evenals elektronische en lithium-ion-isolatoren (ELI's). Het is een driedimensionale cellulaire architectuur met MIEC-buizen op nanoschaal. De buizen zijn gevuld met lithium, dat de anode vormt. Een belangrijk onderdeel van deze ontdekking is dat de cellulaire structuur ruimte laat voor het lithium om uit te zetten en samen te trekken tijdens het opladen en ontladen. Dit "ademen" van de batterij voorkomt scheuren. De coating van ELI-buizen fungeert als een barrière die ze beschermt tegen vaste elektrolyt. Dit is de structuur van een solid-state batterij, waardoor we geen vloeistof of gel hoeven toe te voegen, en daardoor kunnen we dendrieten vermijden.

Een bedrijf genaamd Ionenopslagsystemen ontwikkelde een ultradunne keramische elektrolyt van ongeveer 10 micrometer dik, ongeveer dezelfde dikte als moderne plastic separatoren die vloeibare elektrolyten gebruiken. Elke zijde van de keramische elektrolyt is gecoat met een superdunne laag aluminiumoxide die de weerstand helpt verminderen. Het batterijprototype heeft een energiecapaciteit van ongeveer 300 Wh/kg en kan in 5-10 minuten worden opgeladen. Ter vergelijking: moderne NCA-batterijen halen een energiecapaciteit van ongeveer 250 Wh/kg.

Waarom zijn solid-state batterijen voor EV's beter dan hun lithium-ion-tegenhangers?

Op de tentoonstelling CES dit jaar presenteerde Mecedes de AVTR-conceptauto, gemaakt van milieuvriendelijke materialen, die ook een volledig recyclebare batterij heeft. In een interview verklaarde Andreas Hintennach, Senior Battery Research Manager van Mercedes, dat de batterijtechnologie momenteel laboratoriumtests ondergaat en over 10-15 jaar klaar zal zijn. CATL (Tesla's Chinese batterijpartner) heeft ook een voorbeeld van een solid-state batterij ontwikkeld, maar ze meldden dat deze pas in 2030 op de markt zal komen.

Er wordt een continue productie van solid-state batterijen verwacht word geregeld vanaf 2025, maar in eerste instantie niet in de auto-industrie.

Lees ook:

Julia Alexandrova
Julia Alexandrova
Koffieman. Fotograaf. Ik schrijf over wetenschap en ruimte. Ik denk dat het te vroeg is voor ons om buitenaardse wezens te ontmoeten. Ik volg de ontwikkeling van robotica, voor het geval dat...
Meer van de auteur
- Advertentie -
Aanmelden
Informeer over
gast

0 Heb je vragen? Stel ze hier.
Ingesloten beoordelingen
Bekijk alle reacties
Andere artikelen
Schrijf je in voor updates

Recent commentaar

Nu populair
0
We houden van uw mening, geef alstublieft commentaar.x