İçerik

• Yerden tasarruf
• Daha uzun ömür
• Katı hal elektrolit tipleri
• İnce film pilleri
• Daha büyük, daha hacimli piller
• Yüksek iletken
• Sarmak

Birkaç hafta önce Kris, bize katı piller ve akıllı telefon batarya teknolojisindeki bir sonraki büyük gelişmelerin nasıl olabileceği konusunu tanıttı. Kısacası, katı hal piller daha güvenlidir, daha fazla meyve suyu toplayabilir ve daha ince cihazlar için bile kullanılabilir. Ne yazık ki, şu anda orta büyüklükteki akıllı telefon hücrelerine koymak son derece pahalı, ancak önümüzdeki yıllarda değişebilir.

Tam olarak ne kadar sağlam bir bataryanın ne olduğunu ve bugünün lityum iyon hücrelerinin ne kadar farklı olduğunu merak ediyorsanız, okumaya devam edin.

Yaygın olarak kullanılan lityum-iyon batarya ve bir katı hal batarya arasındaki temel fark, eskiden akım akımını düzenlemek için bir sıvı elektrolitik çözelti kullanmaktır; oysa katı hal bataryalar katı bir elektroliti tercih etmektedir. Bir pilin elektroliti, anot ve katot arasındaki akım akışını sağlayan iletken bir kimyasal karışımdır.

Katı hal pilleri hala mevcut pillerle aynı şekilde çalışır, ancak malzemedeki değişiklik maksimum depolama kapasitesi, şarj süreleri, boyut ve güvenlik dahil olmak üzere pilin bazı özelliklerini değiştirir.

Bir akünün içindeki akım anot ve katot arasında iletken bir elektrolitten geçerken, ayırıcılar kısa devreyi önlemek için kullanılır.

Yerden tasarruf

Bir sıvıdan katı elektrolite geçmenin hemen yararı, akünün enerji yoğunluğunun artmasıdır. Bunun nedeni, sıvı hücreler arasında büyük ayırıcılar gerektirmek yerine, katı hal aküler kısa devreyi önlemek için sadece çok ince bariyerler gerektirmektedir.

Katı hal pilleri, Li-ion'dan iki kat daha fazla enerji toplayabilir

Konvansiyonel sıvıya batırılmış akü ayırıcılar, 20-30 mikron kalınlığında gelir. Katı hal teknolojisi, ayırıcıları her biri 3-4 mikrona kadar düşürebilir, sadece malzemeleri değiştirerek kabaca 7 kat yer tasarrufu sağlar.

Bununla birlikte, bu ayırıcılar pilin içindeki tek bileşen değildir ve diğer bitler, katı hal pillerin yerden tasarruf etme potansiyeline sınır koyan kadar küçülemez.

Buna rağmen, katı halli piller, anodu daha küçük bir alternatifle değiştirirken, Li-ion'dan iki kat daha fazla enerji toplayabilir.

Daha uzun ömür

Katı hal elektrolitleri tipik olarak bugünün sıvısından veya jelinden daha az reaktifdir, bu nedenle çok daha uzun süre dayanması beklenebilir ve sadece 2 veya 3 yıl sonra değiştirilmesi gerekmeyebilir. Bu aynı zamanda, bu pillerin, hasar gördüklerinde veya üretim hatalarına maruz kaldıklarında patlamayacakları ya da alev almayacakları anlamına gelir; bu da tüketiciler için daha güvenli ürünler anlamına gelir.

Katı hal pilleri, hasar gördüklerinde veya üretim hatalarına maruz kaldıklarında patlamaz veya alev almazlar.

Mevcut akıllı telefonlarda, aynı telefonu uzun yıllar boyunca kullanmak isteyenler için, genellikle bozulmaya başladıklarında değiştirilebilecekleri için değiştirilebilir piller aranır.

Akıllı telefon pilleri genellikle şarjlarını bir yıl veya daha uzun bir süre sonra da tutmaz ve birkaç yıl kullandıktan sonra donanımın dengesiz hale gelmesine, sıfırlanmasına ve hatta çalışmamasına bile neden olabilir. Katı hal pilleri ile akıllı telefonlar ve diğer araçlar, yeni bir hücreye ihtiyaç duymadan daha uzun sürebilir.

Pillerde kullanılabilecek, sadece bir tane değil, birçok katı kimyasal bileşik vardır.

Sıvıya karşı katı pillere karşı konuşmak, konunun çok basitleştirilmesidir, çünkü yalnızca bir değil, pillerde kullanılabilecek çok sayıda katı kimyasal bileşik vardır.

Katı hal elektrolit tipleri

Her biri elektrolit için farklı malzemeler kullanan, sekiz farklı ana katı hal aküsü kategorisi vardır. Bunlar Li-Halide, Perovskite, Li-Hydride, NASICON benzeri, Garnet, Argyrodite, LiPON ve LISICON benzeridir.

Gelişmekte olan bir teknoloji ile hala ilgilendiğimiz için, araştırmacılar hala farklı ürün kategorileri için kullanılacak en iyi katı hal elektrolit türleriyle uğraşmaya başlıyor. Henüz hiçbiri net liderler olarak ortaya çıkmadı, ancak sülfür bazlı LiPON ve Garnet hücreleri şu anda en umut verici olanı olarak görülüyor.

Muhtemelen bu tiplerin birçoğunun bazı konularda hala lityum (Li) olduğunu fark etmişsinizdir, çünkü hala lityum elektrotlar kullanıyorlar. Ancak çoğu performansı artırmak için yeni anot ve katot elektrot malzemelerini tercih ediyor.

İnce film pilleri

Katı hal akü tiplerinde bile, iki adet net kesim alt tipi vardır - ince film ve dökme. Halen piyasada bulunan en başarılı ince film türlerinden biri, üreticilerin çoğunluğunun bir lityum anotla ürettiği LiPON'dur.

LiPON elektroliti mükemmel ağırlık, kalınlık ve hatta esneklik özellikleri sunar, bu da giyilebilir elektronikler ve küçük hücreler gerektiren aletlerde umut verici bir hücre tipi olmasını sağlar. Daha uzun ömürlü hücrelerin konusuna geri dönersek, LiPON ayrıca 40.000 şarj döngüsünden sonra sadece% 5 kapasite düşüşüyle ​​mükemmel stabilite göstermiştir.

LiPON pilleri, değiştirilmeden önce Li-ion pillerden 40 ila 130 kat daha uzun süre dayanabilir.

Karşılaştırma için, lityum-iyon piller kapasitede benzer veya daha büyük bir düşüş göstermeden önce sadece 300 ila 1000 devir sunar. Bu, LiPON pillerin, değiştirilmeleri gerekmeden önce Li-ion pillerden 40 ila 130 kat daha uzun süre dayanabileceği anlamına gelir.

LiPON’un dezavantajı, toplam enerji depolama kapasitesi ve iletkenliğinin karşılaştırmaya göre oldukça düşük olmasıdır. Bununla birlikte, alternatif katı hal batarya teknolojileri, akıllı müşterilere daha uzun batarya ömrünün getirilmesinin anahtarı olabilir; bu, şu anda bir takım müşterilerin giyilebilirlik kazanmasını engelliyor.

Daha büyük, daha hacimli piller

Şimdiye kadar, katı hal piller, akıllı telefonlar ve tabletlerde, dizüstü bilgisayarlarda veya elektrikli araçlarda bile bulunan daha büyük hücreler için henüz uygun değildir. Daha büyük kapasiteye sahip daha büyük hacimli katı hal aküler için, LiPON gibi gelecek vaat eden teknolojileri dışlayan sıvı elektrolitlere yaklaşan veya bunlara uyan üstün iletkenlik gerekir. İyonik iletim, iyonların bir malzemeden geçme yeteneğini ölçer ve iyi iletim, gerekli akımı sağlamak için daha büyük hücrelerin bir gereksinimidir.

LISICON ve LiPS, katı hal alanındaki önceki liderler olan LiPO, LiS ve SiS pilleri ile ilgili araştırmaları üstlenmiştir. Bununla birlikte, bu tipler hala oda sıcaklığında organik ve sıvı elektrolitlerden daha düşük iletkenliğe sahiptir, bu da ticari ürünler için pratik değildir.

Yüksek iletken

Oda sıcaklığında yüksek iyonik iletkenliğe sahip olması nedeniyle granat oksit (LLZO) elektrolitleri üzerine yapılan araştırmalar bu noktada gerçekleştirilir.

Materyal, lityum-iyon hücrelerin sunduğu sonuçların sadece biraz arkasından gelen bir iletime ulaşıyor ve LGPS'deki yeni çalışmalar bu malzemenin buna uydurabileceğini gösteriyor.

Bu, bugünkü Li-ion pilleriyle aynı güçte ve kapasitede katı hal piller anlamına gelirken, küçültülmüş boyut ve daha uzun kullanım ömrü gibi faydaların gerçeğe dönüşmesi anlamına gelir.

Garnet hava ve su içinde de kararlıdır ve Li-Air bataryaları için de uygundur. Ne yazık ki pahalı bir sinterleme işlemi kullanılarak imal edilmesi gerekir.

Bu, halihazırda düşük pil tüketen lityum-iyon hücrelere kıyasla tüketici pillerinde kullanım için çekici olmayan bir teklif sunmaktadır. Gelecekte, üretim teknikleri incelendikten sonra maliyetler düşebilir, ancak ticari olarak uygulanabilir bir katı hal aküsünden hala uzaktayız.

Sarmak

Açıkçası, katı hal batarya teknolojisi konusunda halen devam etmekte olan araştırmalar var. İlk tahminlere göre, olgun hücrelerin akıllı telefonlar gibi tüketici ürünlerine 4 ya da 5 yıl boyunca yol açtığını görmeyeceğiz. Diğer cihazlarda (dronlar gibi) yarıiletken piller, gelecek yıl en kısa sürede görünebilir.

Yine de, en son araştırma, nitelikler bakımından mevcut li-ion pillerle rekabet edebilecek ve katı hal elektrolitlerinin faydalarını sağlayabilecek sonuçlar üretmektir. İhtiyacımız olan tek şey üretim süreçlerinin olgunlaşması için ve bunu gerçeğe dönüştürecek kaynaklara sahip çok sayıda büyük ve yaklaşmakta olan batarya üreticisi var.

Özetle, tüm bu kimyasal farklılıkların tüketici açısından en önemli faydaları şunlardır: 6 kata kadar daha hızlı şarj, iki katına kadar enerji yoğunluğu, 2 yıla kıyasla 10 yıla kadar daha uzun bir kullanım ömrü ve yanıcı bileşenler yok. Bu kesinlikle akıllı telefonlar ve diğer taşınabilir cihazlar için bir nimet olacak.