Koje su razlike i prednosti čvrstotnih baterija u odnosu na tradicionalne litijeve baterije?

Osnovne tehnološke razlike

Tradicionalne litijevne-ion baterije koriste tekući elektrolit, ali su čvrstotne baterije drugačije. One zamjenjuju taj tekući elektrolit s čvrstim keramičkim ili polimernim materijalom. Ova promjena u strukturi eliminira komponente koje mogu vatreći. Isto vrijeme, omogućuje kompaktiju dizajn celija. Također, tradične litijevne baterije obično imaju grafitske anode. U suprotnosti, čvrstotne baterije često koriste litijev metali anode. To pomaže čvrstotnim baterijama da pohranjuju više energije u istom prostoru.

Prednosti gustoće energije i performansi

Budući da čvrste elektrode ne sadrže tečne elektrolite, mogu složiti materijale elektroda mnogo učinkovitije. Kao rezultat, njihova gustoća energije je 2 do 3 puta veća od gustoće energije litij-ionskih baterija. Što to znači? Pa, za uređaje, znači da mogu raditi duže. U primjenama poput električnih automobila, to može voditi do značajnog smanjenja težine. Nedavna istraživanja su pokazala da prototip čvrstih celija može postići gustoću energije od 500 Wh/kg. U usporedbi, visoko-kvalitetne litij-ionske baterije obično imaju gustoću energije od 250 - 300 Wh/kg.

Pojačane sigurnosne karakteristike

Baterije na čvrstom stanju uklanjaju izgarljive organske rastvorne tvari. Zbog toga, one imaju mnogo bolju termalnu stabilnost, čak i u ekstremnim uvjetima. Laboratorijske stresne testove su pokazali da mogu održavati svoju strukturu do 200°C. S druge strane, litij-ionske baterije su pod rizikom termalnog odmaka kada temperatura dostigne 150°C. Ova ugrađena sigurnosna značajka čini baterije na čvrstom stanju vrlo prilagodljivim za primjene gdje je sprečavanje neuspjeha izuzetno važno, kao što su medicinske implantate i aerokosmijski sustavi.

Brzina punjenja i životni vijek ciklusa

Neki napredni prototipi čvrstotnih baterija mogu postići 80% svoje kapaciteta punjenja u manje od 15 minuta. I ne imaju problema s litijem plating koji može oštetiti tradične litijevske baterije. Čvrsti elektrolitski sučelnički interfejs (SEI) u čvrstotnim baterijama je vrlo stabilan. Može proći kroz više od 5,000 ciklusa punjenja i dalje zadržavati preko 90% svoje kapacitete. Ova dugotrajna trajnost vrlo je važna za sustave čuvanja energije koji moraju biti svakodnevno duboko punjiti i otpunjavati te se očekuje da trajaju desetljećima.

Primjenske prednosti

Električna vozila mogu mnogo proficitirati od čvrstotnih baterija. Koristeći isti prostor za baterijske pakete, mogu povećati svoj vožni opseg za 30 - 50%. Također se smanjuje rizik od vatre. Prenosni medicinski uređaji mogu raditi duže između punjenja bez kompromisa u smislu sigurnosnih standarda. Čvrstotne baterije mogu tolerirati širok raspon temperature, od -40°C do 120°C. To ih čini pouzdanim za upotrebu u industrijskom opremu koja je izložena strokim okolišnim uvjetima.

Razmatranja utjecaja na okoliš

Baterije stanja tvari imaju jednostavniju ćelijsku arhitekturu. To znači da ne trebaju toliko kobalta i drugih konfliktnih minerala, koji se često koriste u proizvodnji litij-ionskih baterija. Stabilnost čvrstih elektrolita čini proces reciklaže sigurnijim i omogućuje više stopnje oporavka materijala. Proizvođači napreduju i u smanjenju potrošnje energije. Cilj su im da koriste za 40% manje energije u odnosu na tradične načine proizvodnje litijovih baterija.