Vi tar mye av teknologien rundt oss for gitt. For eksempel mikrodatamaskiner for telefoner som fungerer uten å lade hele dagen. Men jeg vil at telefonen skal fungere i 3-4 dager uten å lade opp. Eller en elbil som kan kjøre 1000 kilometer, lade i løpet av minutter ... og koste mindre enn en bil med bensinmotor. Det har vært mye snakk om solid-state batterier opp gjennom årene, men hvordan går det nå? Og hvor mye mer må vi vente til solid state-batterier havne inne i enhetene våre?
Det siste eksemplet er Toyota, som annonserte en solid-state batteribil under vinter-OL. Li-ion-batteriene vi bruker i dag, så gode som de er, har visse ulemper som solid-state-batterier prøver å løse.
Hva har de til felles?
Begge typer bruker litium for å produsere elektrisitet og deres generelle struktur er ganske lik. Enkelt sagt har de en anode (negativ elektrode), en katode (positiv elektrode) og en elektrolytt.
Hovedforskjellen deres ligger i elektrolyttens tilstand, som hjelper til med å overføre ioner fra katoden til anoden under lading og omvendt under utladning. Med andre ord regulerer elektrolytten strømmen av elektrisk strøm mellom de negative og positive sidene av batteriet. Mens litium-ion-batterier bruker flytende elektrolytter, bruker solid-state-batterier, som navnet tilsier, tynne lag med fast elektrolytt.
Hvorfor er dette viktig?
Faste elektrolytter har en rekke betydelige fordeler:
- Sikkerhet: ssure elektrolytter flyktige og lett antennes ved høye temperaturer. I motsetning til dem er faste elektrolytter mer stabile og reduserer risikoen for brann eller eksplosjon.
- Høyere energi tetthet og raskere ladetid: søkt stabilitet betyr at solid-state-batterier kan lagre 50 % mer energi enn sine litium-ion-motstykker, mens de forventes å nå 80 % lading innen 12 minutter.
Til venstre ser vi strukturen til et litium-ion-batteri, og til høyre ser vi strukturen til et solid-state-batteri.
3. Lettere vekt og størrelse: Mens væsken inne i litium-ion-batterier gjør dem tyngre, tillater den kompakte strukturen til solid-state-batterier høyere energitetthet per arealenhet, noe som betyr at færre batterier trengs.
Vil solid-state-batterier erstatte litium-ion-batterier?
I teorien, ja, eller det er i det minste dit ting er på vei. Faktisk investerer mange bilprodusenter allerede i denne teknologien, inkludert Volkswagen, Toyota, Ford og BMW. Men i praksis produseres celler av solid state-batterier en etter en i laboratorier, og for å bringe dem til masseproduksjon - en kostbar og fortsatt utilstrekkelig utviklet oppgave.
Det er vanskelig å utvikle en fast elektrolytt som vil være både stabil, kjemisk inert og en god leder av ioner mellom elektrodene. I tillegg er elektrolytter for dyre å produsere og er utsatt for sprekker på grunn av deres sprøhet når de utvides og komprimeres under bruk. Men kanskje etter hvert som litium-ion-batterier gradvis blir rimeligere, vil det skje.
Hvilke studier er allerede gjort?
De siste årene har det blitt utført mange interessante studier som hadde som mål å løse dette problemet. MIT-forskere har utviklet såkalte blandede ion-elektron-ledere (MIEC), samt elektroniske og litium-ion-isolatorer (ELI). Det er en tredimensjonal cellulær arkitektur med MIEC-rør i nanoskala. Rørene er fylt med litium, som danner anoden. En sentral del av denne oppdagelsen er at den cellulære strukturen gir rom for litiumet til å utvide seg og trekke seg sammen under lading og utlading. Denne "pusten" av batteriet forhindrer sprekker. Belegget av ELI-rør fungerer som en barriere som beskytter dem mot fast elektrolytt. Dette er strukturen til et solid-state batteri, som sparer oss fra behovet for å tilsette væske eller gel, og derfor lar oss unngå dendritter.
Et firma ringte Ionlagringssystemer utviklet en ultratynn keramisk elektrolytt med en tykkelse på omtrent 10 mikrometer, omtrent samme tykkelse som moderne plastseparatorer som bruker flytende elektrolytter. Hver side av den keramiske elektrolytten er belagt med et supertynt lag av aluminiumoksid som bidrar til å redusere motstanden. Batteriprototypen har en energikapasitet på ca 300 Wh/kg og kan lades på 5-10 minutter. Til sammenligning: moderne NCA-batterier når en energikapasitet på ca. 250 Wh/kg.
På utstillingen CES i år viste Mecedes frem konseptbilen AVTR, laget av miljøvennlige materialer, som også har et fullt resirkulerbart batteri. I et intervju uttalte Mercedes Senior Battery Research Manager Andreas Hintennach at batteriteknologi for tiden er under laboratorietesting og vil være klar om 10-15 år. CATL (Teslas kinesiske batteripartner) har også utviklet et eksempel på et solid-state-batteri, men de rapporterte at det ikke kommer på markedet før i 2030.
Det forventes kontinuerlig produksjon av solid-state batterier vil bli fikset fra 2025, men i utgangspunktet ikke i bilindustrien.
Les også: