Mis on tahkis-aku ja kas nad lahendavad meie aku kasutusaega?

Mobiiltehnoloogia suureneb eksponentsiaalselt, kuid akutehnoloogia ei hoia kinni. Me jõuame tavapäraste liitium-ioonide ja liitium-polümeeride konstruktsioonide füüsilistesse piiridesse. Lahendus võib olla midagi, mida nimetatakse tahkis-akuks.

Mis on tahkis-aku?

Tavapärases aku konstruktsioonis kasutatakse kõige sagedamini liitium-ioon-kahte tahket metallelektroodi koos vedeliku liitiumisoolaga, mis toimib elektrolüütina. Ioonsed osakesed liiguvad ühest elektroodist (katoodist) teise (anood) aku laetustena ja tühjenevad vastupidises suunas. Vedel liitiumsool elektrolüüt on keskkond, mis võimaldab seda liikumist. Kui olete kunagi näinud patarei korrodeerumist või läbitorkamist, on „akuhape”, mis (või mõnikord plahvatab) välja, vedel elektrolüüt.

Tahkes olekus akus on nii positiivsed kui ka negatiivsed elektroodid ja nende vaheline elektrolüüt metall, sulam või mõni muu sünteetiline materjal. Mõiste “tahke olek” võib teile meelde tuletada SSD-andmesidureid ja see ei ole juhus. Tahkis-mäluseadmed kasutavad välkmälu, mis ei liigu, erinevalt tavalisest kõvakettast, mis salvestab väikesel mootoril töötava pöörleva magnetplaadi andmeid.

Ehkki tahkis-akude idee on olnud juba aastakümneid, on nende arengu areng alles alguses, mida praegu soodustavad elektroonikaettevõtete, autotootjate ja üldiste tööstusettevõtete investeeringud..

Mis on tahkis-akude parem?

Tahkefaasilised patareid lubavad mõningaid selgeid eeliseid nende vedelikuga täidetud nõodade ees: parem aku eluiga, kiirem laadimisaeg ja turvalisem kogemus.

Tahkefaasilised patareid suruvad anoodid, katoodid ja elektrolüüdid kolmetesse lamedatesse kihtidesse, selle asemel, et elektroodid vedelas elektrolüüdis peatada. See tähendab, et saate neid väiksemaks muuta või vähemalt tasapisi hoides hoida nii palju energiat kui suurem vedelikupõhine aku. Niisiis, kui asendasite oma telefoni või sülearvuti liitium-ioon- või liitium-polümeeri aku sama suurusega tahkisakuga, oleks see palju pikem. Teise võimalusena saate teha seadme, millel on sama laadimine palju väiksem või õhem.

Ka tahkis-patareid on ohutumad, kuna ei ole mürgiseid, tuleohtlikke vedelikke, mis ei leki, ning nad ei tooda nii palju soojust kui tavalised laetavad patareid. Kui neid kasutatakse patareide puhul, mis toite vooluelektroonikat või isegi elektriautosid, võivad nad palju kiiremini laadida, liiga ioonid võivad katoodist anoodile palju kiiremini liikuda.

Viimaste uuringute kohaselt võib tahkis-aku tavapäraste laetavate patareide võimsuse poolest ületada 500% või rohkem ja laadida kümnendikust ajast.

Mis on puudused?

Kuna tahkis-patareid on kujunemisjärgus tehnoloogia, on nad tohutult kallid. Nii kallis, et tegelikult ei ole nad kirjutamise ajal ühtegi suuremat tarbijaklassi elektroonikat paigaldatud. 2012. aastal hindasid analüütikud Florida ülikooli tarkvara analüüsi ja täiustatud materjalide töötlemise osakonna kohta, et tüüpiline mobiiltelefoni suurusega tahkis-aku maksaks umbes 15 000 dollarit. Üks suur, et elektriautot jõuaks, maksaks 100 000 dollarit.

Tahkis-aku tegemine piisavalt suureks, et teie telefoni maksaks tuhandeid dollareid.

Osa sellest tuleneb sellest, et mastaabisääst ei ole paigas - igal aastal tehakse sadu miljoneid laetavaid patareisid, mistõttu materjalide ja seadmete tootmiskulud jaotuvad suurtesse tarneahelatesse. On vaid vähe ettevõtteid ja ülikoole, kes uurivad tahkis-akusid, nii et igaühe valmistamise kulud on astronoomilised.

Teine probleem on materjalid. Erinevate metallide, sulamite ja tavapäraste laetavate patareide metallide soolade omadused on hästi teada, kuid me ei tea praegu parimat keemilist ja aatomikoostist tahkete elektrolüütide vahel metallianoodide ja katoodide vahel. Praegused uuringud seda kitsendavad, kuid enne materjalide kogumist või sünteesimist ja tootmisprotsessidesse investeerimist peame koguma usaldusväärsemaid andmeid..

Millal ma saan kasutada tahkis-akut?

Nagu kõigi arenevate tehnoloogiate puhul, püüab see välja selgitada, kui saad oma käed selle peale.

On julgustav, et paljud suured ettevõtted investeerivad teadusuuringutesse, mis on vajalikud tahkefaasiliste patareide tarbijaturule toomiseks, kuid lähitulevikus on hädas suur läbimurre, on raske öelda, kas on suur hüpe edasi. Vähemalt üks autoettevõte ütleb, et ta on valmis 2023. aastaks sõidukisse panema, kuid ei arva, kui palju see auto maksab. Viis aastat tundub liiga optimistlik; kümme aastat tundub tõenäolisem. Enne materjalide lahendamist ja tootmisprotsesside väljatöötamist võib olla kakskümmend või enam aastat.

Aga nagu me artikli alguses ütlesime, hakkab tavaline akutehnoloogia seina vastu tabama. Ja pole midagi sellist, nagu oleks potentsiaalne müük, et ergutada teadus- ja arendustegevust. See on vähemalt pisut (väga, väga vähe) võimalik, et teil võib olla võimalik kasutada vidinat või juhtida tahkete akude toiteallikat varsti.

Pildi krediit: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock