Was Ist Eine Solid-State-Batterie und Wird Sie Lösen Unsere Lebensdauer der Batterie Probleme?

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Mobilfunk-Technologie steigt die Leistung exponentiell an, aber die Akku-tech ist nicht zu halten. Erreichen wir die physischen Grenzen dessen, was herkömmliche lithium-Ionen-und lithium-polymer-designs tun können. Die Lösung könnte so etwas wie eine solid-state-Batterie.

Was ist Ein Solid-State-Akkus?

In einer konventionellen Batterie-design—am häufigsten lithium-Ionen—zwei massive Metall-Elektroden verwendet werden, die die Flüssigkeit lithium-Salz als Elektrolyt. Ionische Teilchen bewegen sich von einer Elektrode (der Kathode) , die andere (anode) als die Batterie lädt, und Umgekehrt, wie es entlädt. Die Flüssigkeit lithium-Salz-Elektrolyt ist das medium, das ermöglicht, die Bewegung. Wenn Sie jemals gesehen eine Batterie korrodieren oder erhalten punktiert, das “Batterie-Säure”, die sickert (oder manchmal explodiert), ist die flüssig-Elektrolyt.

In einem solid-state-Batterie, die positiven und negativen Elektroden und der Elektrolyt zwischen Ihnen sind solide Stücke von Metall, Legierung oder einigen anderen synthetischen material. Der Begriff “solid-state” mag Sie daran erinnern, SSD-Laufwerken, und das ist kein Zufall. Solid-state-Speicher-Laufwerke verwenden flash-Speicher, der bewegt sich nicht, im Gegensatz zu einer standard-Festplatte, die speichert die Daten auf einem sich drehenden magnetischen Scheibe, angetrieben durch einen kleinen motor.

Obwohl die Idee der solid-state-Batterien hat es schon seit Jahrzehnten, Fortschritte in Ihrer Entwicklung erst am Anfang, derzeit angespornt durch Investitionen aus Elektronik-Unternehmen, PKW-Hersteller, und Allgemeine industrielle Anbieter.

Was ist Besser Über Solid-State-Akkus?

Solid-state-Batterien Versprechen ein paar deutliche Vorteile gegenüber Ihren von mit Flüssigkeit gefüllten cousins: bessere Akkulaufzeit, schnellere Ladezeiten und eine sicherere Erfahrung.

Solid-state-Batterien komprimieren der anode, Kathode und Elektrolyt, die in drei flache Ebenen anstelle der Aussetzung der Elektroden in einem flüssigen Elektrolyten. Das bedeutet, dass können Sie machen Sie kleiner oder zumindest, flacher—halten Sie so viel Energie wie eine größere liquid-Basis-Batterie. Also, wenn Sie ersetzt die lithium-Ionen-oder lithium-polymer-Akku in Ihrem Handy oder Laptops mit einem solid-state-Batterie der gleichen Größe, wäre es viel mehr kostenlos. Alternativ können Sie ein Gerät, das hält die gleichen Ladung sehr viel kleiner oder dünner.

Solid-state-Batterien sind auch sicherer, da es keine giftige, brennbare Flüssigkeit zu verschütten, und Sie nicht ausgeben, so viel Wärme wie herkömmliche Akkus. Wenn angewandt, um die Akkus für aktuelle Elektronik oder auch Elektro-Autos, könnten Sie laden viel schneller, auch—Ionen bewegen könnte viel schneller von der Kathode zur anode.

Nach der neuesten Forschung, eine solid-state-Akkus übertreffen herkömmliche wiederaufladbare Batterien von 500% oder mehr in Bezug auf Kapazität und aufladen in einem Zehntel der Zeit.

Was Sind die Nachteile?

Da solid-state-Batterien sind eine neue Technologie, Sie sind unglaublich teuer in der Herstellung. So teuer, in der Tat, dass Sie nicht installiert sind in wichtigen consumer-grade Elektronik an der Zeit zu schreiben. Im Jahr 2012, Analysten schreiben für die University of Florida in Software-Analyse und Advanced Materials Processing department geschätzt, dass in einem typischen Handy-sized solid-state-Batterie Kosten würde etwa $15.000 zu produzieren. Groß genug, um an die macht ein E-Auto Kosten würde $100.000 haben.

Machen Sie eine solid-state Batterie groß genug, um macht Ihr Handy kostet Sie Tausende von Dollar heute.

Teil davon ist, weil die Größenvorteile nicht im statt—Hunderte von Millionen von wiederaufladbaren Batterien werden jedes Jahr jetzt, so die Herstellungskosten auf das Material und die Ausrüstung verteilen sich über riesige Leitungen. Es gibt nur wenige Firmen und Universitäten forschen solid-state-Batterien, so dass die Kosten zu produzieren, jeder ist astronomisch.

Ein weiteres Problem ist das Material. Während die Eigenschaften der verschiedenen Metalle, Legierungen und metallische Salze verwendet für konventionelle, wiederaufladbare Batterien bekannt ist, wissen wir derzeit nicht wissen, die besten chemischen und atomaren Zusammensetzung für ein festes Elektrolyt zwischen der metallischen Anoden und Kathoden. Die aktuelle Forschung ist diese Verengung nach unten, aber wir müssen sammeln zuverlässiger Daten, bevor wir uns sammeln können, oder zu synthetisieren, die Materialien und investieren in die Fertigungsprozesse.

Wann Erhalte ich die Verwendung einer Solid-State-Akkus?

Wie bei allen sich entwickelnden Technologie, zu versuchen, herauszufinden, wenn Sie Ihre Hände auf Sie ist Rätselraten am besten.

Es ist ermutigend, dass viele große Unternehmen investieren in die Forschung nötig sind, um solid-state-Batterien in den consumer-Markt, aber schüchtern von einem wichtigen Durchbruch in der nahen Zukunft, es ist schwer zu sagen, ob es ein großer Sprung nach vorne. Mindestens ein Auto-Unternehmen sagt, es wird bereit sein, in einem Fahrzeug bis 2023, aber nicht schätzen, wie viel das Auto Kosten könnte. Fünf Jahre scheint übermäßig optimistisch; zehn Jahre scheint wahrscheinlicher. Es könnte sein, zwanzig Jahre oder mehr, bevor die Materialien sind beigelegt und auf die Herstellungsprozesse entwickelt werden.

Aber wie gesagt am Anfang des Artikels, herkömmlichen Akku-tech wird gestartet, um eine Wand schlagen. Und es gibt nichts wie den potenziellen Umsatz zu beflügeln Forschung und Entwicklung. Es ist zumindest leicht (sehr sehr leicht) möglich, dass Sie vielleicht in der Lage sein zu verwenden, um ein gadget oder ein Auto fahren, angetrieben von einem solid-state-Batterie möglichst bald aus.

Bild-Kredit: Sucharas Wongpeth/Shutterstock, Daniel Krason/Shutterstock