Mobil teknik ökar i makt exponentiellt, men batteriet tech är inte att hålla upp. Vi når ut till de fysiska gränserna för vad konventionella lithium-ion och li-polymer design kan göra. Lösningen kan vara något som kallas en ssd-batteri.
Vad är En ssd-Batteri?
I ett konventionellt batteri design—oftast litium-jon—två solida elektroder används med en flytande litium salt fungerar som en elektrolyt. Ionic partiklar flytta från en elektrod (katod) till den andra (anoden) som batteriet laddas, och på baksidan så den släpper. Vätskan litium salt elektrolyt är det medium som gör att rörelsen. Om du någonsin sett ett batteri rostar eller får punkteras, “batterisyra” som andas (eller ibland exploderar) är flytande elektrolyt.
I en solid-state-batterier, både positiva och negativa elektroder och elektrolyt mellan dem är fasta bitar av metall, legering, eller några andra syntetiska material. Termen “solid-state” kan påminna dig om data SSD-enheter, och det är inte en tillfällighet. Ssd-lagring-enheter använder flash-minne, som inte rör sig, i motsats till en vanlig hårddisk som lagrar data på en snurrande magnetisk skiva som drivs av en liten motor.
Om tanken på solid-state-batterier har funnits i decennier, framsteg i sin utveckling är bara början, för närvarande drivs på av investeringar från elektronik-företag, bilproducenter, och industriella leverantörer.
Vad är Bättre Om Solid-State-Batterier?
Solid-state-batterier lovar några tydliga fördelar jämfört med sina vätskefyllda kusiner: bättre batteritid, snabbare laddningstider och en säkrare upplevelse.
Solid-state-batterier komprimera anod, katod och elektrolyt i tre platt lager istället för upphävande av elektroderna i en flytande elektrolyt. Det innebär att du kan göra dem mindre, eller åtminstone, plattare—samtidigt som du håller så mycket energi som en större likvida-baserade batterier. Så, om du bytt ut litium-jon-eller litium-polymer-batteriet i din telefon eller bärbar dator med en ssd-batteri i samma storlek, det skulle få en mycket längre ut. Alternativt, kan du göra en enhet som har samma laddning mycket mindre eller tunnare.
Solid-state-batterier är också säkrare, eftersom det inte finns någon giftig, brandfarlig vätska att rinna, och att de inte produktionen så mycket värme som konventionella uppladdningsbara batterier. När de tillämpas på batterier som makt nuvarande elektronik eller ens elbilar, de kan ladda mycket snabbare, för—joner kan gå mycket snabbare från katoden till anoden.
Enligt den senaste forskningen, en ssd-batteriet kunde överträffa konventionella uppladdningsbara batterier med 500% eller mer i termer av kapacitet, och ladda upp på en tiondel av tiden.
Vad Är Nackdelarna?
Eftersom ssd-batterier är en ny teknik, de är oerhört dyra att tillverka. Så dyrt, faktum är att de inte är installerat i någon större konsument-klass elektronik i skrivande stund. I 2012, analytiker skriva för University of Florida Programvara för Analys och Avancerade Material Bearbetning institutionen beräknad som en typisk mobiltelefon-och medelstora ssd-batteri skulle kosta omkring $15 000 till tillverkning. En som är stor nog för att driva en elektrisk bil skulle kosta $100,000.
Gör en ssd-batteri är tillräckligt stor för att driva din telefon kostar tiotusentals kronor idag.En del av detta beror på att de stordriftsfördelar som inte är på plats—hundratals miljoner av uppladdningsbara batterier görs varje år just nu, så tillverknings kostnaden för material och utrustning som är utspridda över stora ledningar. Det finns bara ett fåtal företag och universitet för att forska solid-state-batterier, så att kostnaden för att producera alla är astronomiska.
En annan fråga är material. Samtidigt som fastigheter av olika metaller, legeringar och metalliska salter som används för konventionella uppladdningsbara batterier är väl känt att vi inte i dag vet de bästa kemiska och atomär sammansättning för en elektrolyt mellan metalliska anoder och katoder. Nuvarande forskning är att minska ner detta, men vi behöver samla in mer tillförlitliga data innan vi kan samla in eller syntetisera material och investera i tillverkningsprocesser.
När Kommer jag att Få Använda en ssd-Batteri?
Som med all ny teknik, försöker räkna ut när du kommer att få dina händer på det är gissningar i bästa fall.
Det är glädjande att många enorma företag investerar i den forskning som behövs för att få en solid-state-batterier i konsumentmarknaden, men blyg av ett stort genombrott inom den närmaste framtiden, är det svårt att säga huruvida det kommer att bli ett stort språng framåt. Minst en bil företaget säger att det kommer att vara redo att lägga en i ett fordon med 2023, men inte gissa hur mycket det kan kosta. Fem år verkar alltför optimistisk, tio år verkar mer troligt. Det kan vara tjugo år eller mer innan de material som bosatte sig och tillverknings-processer utvecklas.
Men som vi sa i början av artikeln, konventionellt batteri tech börjar träffa en vägg. Och det finns inget som potentiella försäljningen för att driva på forskning och utveckling. Det är åtminstone något (väldigt lite) det är möjligt att du skulle kunna använda en gadget eller köra en bil som drivs med en solid-state-batteriet snart.
Image credit: Sucharas Wongpeth/Shutterstock, Daniel Krason/Shutterstock