Hvilke forskelle og fordele findes der mellem faststofbatterier og traditionelle lithiumbatterier?

Fundamentale teknologiske forskelle

Konventionelle lithium-ion-batterier bruger en væskemæssig elektrolyt, men faststofbatterier er anderledes. De erstatter denne væskemæssige elektrolyt med et fast keramisk eller polymermateriale. Denne ændring i strukturen eliminerer komponenter, der kan tage brand. Samtidig gør det også plads til mere kompakte celledesigns. Traditionelle lithiumbatterier har normalt grafitanoder, mens faststofbatterier ofte bruger lithiummetalananoder. Dette hjælper faststofbatterierne med at opbevare mere energi på samme mængde plads.

Energidensitet og ydelsesfordeler

Da faststofbatterier ikke har væskemæssige elektrolyter, kan de pakke elektrodematerialer meget mere effektivt. Som resultat er deres energidensitet 2 til 3 gange højere end lithium-ion-batterier. Hvad betyder dette? For enheder betyder det, at de kan køre længere tid. I anvendelser som elektriske køretøjer kan det føre til en betydelig reduktion af vægten. Nylig forskning har vist, at prototype-solidstofceller kan opnå en energidensitet på 500 Wh/kg. I forhold her til har højklasse-lithium-ion-batterier normalt en energidensitet på 250-300 Wh/kg.

Forbedrede sikkerhedsegenskaber

Faste tilstandsbatterier fjerner forbrændelige organiske solventer. På grund af dette har de meget bedre termisk stabilitet, endog under ekstreme forhold. Laboratorie-stresstests har vist, at de kan opretholde deres struktur op til 200°C. På den anden side er lithium-ion-batterier i fare for termisk løb, når temperaturen når 150°C. Den indbyggede sikkerhedsfunktion gør faste tilstandsbatterier meget egnet til anvendelser, hvor forhindring af fejl er yderst vigtig, såsom medicinske implantater og aerospace-systemer.

Opladningstid og cyklusliv

Nogle avancerede faststofbatteriprototyper kan opnå 80 % af deres opladningskapacitet på mindre end 15 minutter. Og de har ikke lithiumplateringsproblemet, der kan skade traditionelle lithiumbatterier. Den fast elektrolytgrænseflade (SEI) i faststofbatterier er meget stabil. Den kan gennemgå mere end 5.000 opladningscykler, mens den stadig beholder over 90 % af sin kapacitet. Denne langvarige holdbarhed er virkelig vigtig for energilageringssystemer, der skal oplades og udlades dybt hver dag og forventes at vare i årtier.

Anvendelsesspecifikke fordele

Elektriske køretøjer kan have stor fordel af faststofbatterier. Ved at bruge samme mængde plads til batteripakker kan de forlænge deres kørelængde med 30 - 50%. Desuden reduceres brandrisikoen. Portable medicinske apparater kan køre længere tid mellem opladninger uden at kompromisse med sikkerhedsstandarder. Faststofbatterier kan tålde en bred temperaturspændvidde, fra -40°C til 120°C. Dette gør dem pålidelige til brug i industrielt udstyr, der udsættes for strenge miljøforhold.

Overvejelser om miljøpåvirkning

Faststofbatterier har en enklere cellearkitektur. Dette betyder, at de ikke har så stor behov for kobber og andre konfliktmineraler, som ofte bruges i produktionen af lithium-ion-batterier. Stabiliteten i fast elektrolyter gør genanvendelsesprocessen sikrere og tillader højere materialereturnering. Producenter gør også fremskridt i reduktionen af energiforbrug. De sigter mod at bruge 40% mindre energi i forhold til traditionelle metoder til produktion af lithiumbatterier.