Wat zijn de verschillen en voordelen van vaste-staatbatterijen en traditionele litiumbatterijen?

Fundamentele technologische verschillen

Conventionele lithium-ion batterijen gebruiken een vloeibare elektrolyt, maar vaste-staatbatterijen zijn daar anders in. Ze vervangen deze vloeibare elektrolyt door een vast keramisch of polymeremateriaal. Deze verandering in structuur elimineert onderdelen die in brand kunnen vliegen. Tegelijkertijd maakt het compactere celontwerpen mogelijk. Bovendien hebben traditionele lithiumbatterijen doorgaans grafietanodes, terwijl vaste-staatbatterijen vaak lithiummetaalanodes gebruiken. Dit helpt vaste-staatbatterijen meer energie op te slaan in dezelfde hoeveelheid ruimte.

Energiedichtheid en prestatievoordelen

Aangezien vaste-stofbatterijen geen vloeibare elektrolyten hebben, kunnen ze elektrode-materialen veel effectiever stapelen. Het gevolg is dat hun energiedichtheid 2 tot 3 keer hoger is dan die van lithium-ion batterijen. Wat betekent dit? Nou, voor apparaten betekent het dat ze langer kunnen draaien. In toepassingen zoals elektrische voertuigen kan dit leiden tot een significante gewichtsvermindering. Recent onderzoek heeft aangetoond dat prototype vaste-stofcellen een energiedichtheid van 500 Wh/kg kunnen bereiken. In vergelijking hiermee hebben hoogwaardige lithium-ion batterijen meestal een energiedichtheid van 250 - 300 Wh/kg.

Verbeterde veiligheidskenmerken

Vaste-staatbatterijen verwijderen brandbare organische oplosmiddelen. Daardoor hebben ze een veel betere thermische stabiliteit, zelfs in extreme omstandigheden. Laboratoriumstress-tests hebben aangetoond dat ze hun structuur tot 200°C kunnen behouden. Aan de andere kant lopen lithium-ion batterijen het risico van thermische uitkomst wanneer de temperatuur 150°C bereikt. Deze ingebouwde veiligheidsfunctie maakt vaste-staatbatterijen zeer geschikt voor toepassingen waarin het voorkomen van falen extreem belangrijk is, zoals medische implantaten en lucht- en ruimtevaartsystemen.

Opladingsnelheid en cyclusleven

Sommige geavanceerde vaste-staat batterijprototypen kunnen binnen minder dan 15 minuten 80% van hun capaciteit opladen. En ze hebben geen problemen met lithium afzetting, wat traditionele lithiumbatterijen kan beschadigen. De vaste elektrolyt interface (SEI) in vaste-staat batterijen is erg stabiel. Deze kan meer dan 5.000 oplaadcycli doormaken terwijl het nog steeds meer dan 90% van zijn capaciteit behoudt. Deze langdurige duurzaamheid is erg belangrijk voor energieopslagsystemen die elke dag diep moeten opladen en ontladen en jarenlang moeten meegaan.

Toepassingsgebonden voordelen

Elektrische voertuigen kunnen veel profiteren van vaste-stofbatterijen. Door dezelfde ruimte voor batterypakketten te gebruiken, kan de rijkswijdte worden verhoogd met 30 - 50%. Bovendien wordt het brandrisico verminderd. Draagbare medische apparaten kunnen langer tussen opladen functioneren zonder veiligheidsnormen te schenden. Vaste-stofbatterijen kunnen een breed temperatuur bereik verdragen, van -40°C tot 120°C. Dit maakt ze betrouwbaar voor gebruik in industriële apparatuur die blootstaat aan strenge milieuomstandigheden.

Overwegingen bij Milieuinvloed

Vaste-stofbatterijen hebben een eenvoudiger celarchitectuur. Dit betekent dat ze niet zoveel kobalt en andere conflictmineralen nodig hebben, die vaak worden gebruikt bij de productie van lithium-ion batterijen. De stabiliteit van vaste elektrolyten maakt het recyclingsproces veiliger en stelt hogere materialerestitutiepercentages toe. Fabrikanten maken ook vooruitgang in het verlagen van energieverbruik. Ze streven naar het gebruik van 40% minder energie vergeleken met traditionele lithiumbatterijproductiemethoden.