Ποιες είναι οι διαφορές και οι προνομιακές ιδιότητες των στερεών μπαταριών και των παραδοσιακών λιθιεμβαταριών;

Βασικές Τεχνολογικές Διαφορές

Οι συνηθισμένες βαταρείες λιθίου χρησιμοποιούν υγρό ηλεκτρολύτη, αλλά οι βαταρείες σε κατάσταση αλληλουσίας είναι διαφορετικές. Αντικαθιστούν αυτόν τον υγρό ηλεκτρολύτη με ένα στερεό κεραμικό ή πολυμερικό υλικό. Αυτή η αλλαγή στη δομή αφαιρεί συστατικά που μπορούν να φωτιστούν. Επιπλέον, επιτρέπει πιο συμπυκνωμένες σχεδίες κυττάρων. Επίσης, οι παραδοσιακές λιθιεμενές βαταρείες συνήθως έχουν ανόδους από γραφίτη. Σε αντίθεση, οι βαταρείες σε κατάσταση αλληλουσίας συχνά χρησιμοποιούν ανόδους από μετάλλιο λιθίου. Αυτό βοηθά τις βαταρείες σε κατάσταση αλληλουσίας να αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια στο ίδιο χώρο.

Πυκνότητα Ενέργειας και Πλεονεκτήματα Απόδοσης

Επειδή οι βαταρίες με κρυστάλλινο ηλεκτρολύτη δεν έχουν υγρό ηλεκτρολύτη, μπορούν να στοίβαξουν τα υλικά των ηλεκτρόδων πολύ αποτελεσματικότερα. Ως αποτέλεσμα, η πυκνότητα ενέργειάς τους είναι 2 έως 3 φορές μεγαλύτερη από εκείνη των βαταριών με λιθίου-ιόν. Τι σημαίνει αυτό; Λοιπόν, για τα συσκευάσματα, σημαίνει ότι μπορούν να λειτουργούν για περισσότερο χρόνο. Σε εφαρμογές όπως τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική μείωση του βάρους. Πρόσφατες έρευνες έχουν δείξει ότι οι πρωτότυποι κύκλοι με κρυστάλλινο ηλεκτρολύτη μπορούν να φθάσουν σε πυκνότητα ενέργειας 500 Wh/κιλ. Σε σύγκριση, οι υψηλής τάξης βαταρίες με λιθίου-ιόν έχουν συνήθως πυκνότητα ενέργειας 250-300 Wh/κιλ.

Βελτιωμένες ιδιότητες ασφάλειας

Τα βαταρία με κρυστάλλινη κατάσταση αφαιρούν τους καυστήκορμους οργανικούς διαλύτες. Εξαιτίας αυτού, έχουν πολύ καλύτερη θερμική σταθερότητα, ακόμη και σε ακραίες συνθήκες. Οι εργαστηριακές δοκιμές άνωσης έχουν αποδείξει ότι μπορούν να διατηρήσουν την δομή τους μέχρι και 200°C. Από την άλλη, οι βαταρίες λιθίου-ιόνο είναι σε κίνδυνο θερμικής διαφυγής όταν η θερμοκρασία φτάνει στα 150°C. Αυτή η ενσωματωμένη προστασία ασφαλείας κάνει τις βαταρίες με κρυστάλλινη κατάσταση πολύ επιτρεπτές για εφαρμογές όπου η πρόληψη αποτυχίας είναι εξαιρετικά σημαντική, όπως στις ιατρικές εισοδήσεις και τα συστήματα αεροδιαστρονομίας.

Ταχύτητα φόρτισης και κύκλος ζωής

Κάποια πρωτότυπα βαθμιαίων μπαταρίων με κρυσταλλική κατασκευή μπορούν να φτάσουν το 80% της ικανότητας φόρτισής τους σε λιγότερο από 15 λεπτά. Και δεν έχουν το πρόβλημα της υφής λιθίου που μπορεί να βλάψει τις συνηθισμένες μπαταρίες με λιθίο. Η κρυσταλλική ηλεκτρολυτική διεπαφή (SEI) στις κρυσταλλικές μπαταρίες είναι πολύ σταθερή. Μπορεί να διασχίζει πάνω από 5.000 κύκλους φόρτισης ενώ παραμένει με πάνω από 90% της ικανότητάς της. Αυτή η μακροχρόνια βιωσιμότητα είναι πολύ σημαντική για συστήματα αποθήκευσης ενέργειας που χρειάζεται να φορτώνονται και να ξεφορτώνονται βαθιά κάθε μέρα και πρέπει να τρεχούν για δεκαετίες.

Προνομιακές Εφαρμογές

Τα ηλεκτρικά όχημα μπορούν να επωφεληθούν πολύ από τα βαταρίες κατάστασης στερεών. Χρησιμοποιώντας το ίδιο χώρο για τα πακέτα βαταρειών, μπορούν να αυξήσουν την απόσταση δρομολόγησης τους κατά 30 - 50%. Επιπλέον, μειώνεται το κίνδυνο πυρκαγιάς. Τα φορητά ιατρικά συσκευαστικά μπορούν να λειτουργούν για περισσότερο χρόνο μεταξύ φορτισμών χωρίς να θυσιάζουν τις πρότυπες ασφάλειας. Οι βαταρίες κατάστασης στερεών μπορούν να ανέχονται μεγάλο εύρος θερμοκρασιών, από -40°C έως 120°C. Αυτό τα καθιστά αξιόπιστες για χρήση σε βιομηχανικό εξοπλισμό που εκτίθεται σε ακραίες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Σκέψη για την περιβαλλοντική επίδραση

Οι βαταρίες κατάστασης στερεών έχουν απλούστερη κυτταρική αρχιτεκτονική. Αυτό σημαίνει ότι δεν χρειάζονται τόσο πολύ κοβάλτο και άλλα σύγκρουση-μετάλλια, τα οποία χρησιμοποιούνται συνηθώς στην παραγωγή βαταρειών λιθίου-ιόν. Η σταθερότητα των στερεών ηλεκτρολύτων κάνει την ανακύκλωση πιο ασφαλή και επιτρέπει υψηλότερες ποσοστώσεις ανάκτησης υλικών. Οι κατασκευαστές κάνουν επίσης πρόοδο στη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Στόχος τους είναι να χρησιμοποιούν κατά 40% λιγότερη ενέργεια σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μέθοδους παραγωγής βαταρειών με λιθίο.