Vilka är skillnaderna och fördelarna med fasta tillståndsbatterier och traditionella litiumbatterier?

Grundläggande teknologiska skillnader

Konventionella litiumjonbatterier använder en vätelektrolyt, men fasta tillstånds batterier är olika. De ersätter denna vätelektrolyt med ett fast keramik- eller polymermaterial. Denna strukturella förändring tar bort komponenter som kan ta eld. Samtidigt möjliggör det mer kompakta cellutformningar. Dessutom har traditionella litiumbatterier vanligtvis grafitanoder. I motsats till detta använder fasta tillstånds batterier ofta litiummetallanoder. Detta hjälper fasta tillstånds batterier att lagra mer energi på samma mängd plats.

Energidensitet och prestandafördelar

Eftersom fasta tillstånds-batterier inte har vätelektrolyter kan de sammanställa elektrodmaterial mycket mer effektivt. Som resultat är deras energidensitet 2 till 3 gånger högre än hos litiumjonbatterier. Vad betyder detta? Jo, för enheter innebär det att de kan köra längre tid. I tillämpningar som elbilar kan det leda till en betydande minskning av vikten. Nyligen utfört forskning har visat att prototypiska fasta tillstånds-celler kan uppnå en energidensitet på 500 Wh/kg. I jämförelse har högpresterande litiumjonbatterier vanligtvis en energidensitet på 250-300 Wh/kg.

Förbättrade säkerhetskaraktäristiker

Fasta tillstånds-batterier tar bort förbränningsbara organiska lösningsmedel. Därför har de mycket bättre termisk stabilitet, även under extremt villkor. Laboratorieprov har visat att de kan bevara sin struktur upp till 200°C. På andra sidan är litium-jonbatterier på risk för termisk utslagning när temperaturen når 150°C. Denna inbyggda säkerhetsfunktion gör fasta tillstånds-batterier mycket lämpliga för tillämpningar där förebyggande av misslyckanden är extremt viktigt, som i medicinska implantat och rymdtekniksystem.

Laddningstid och cykeliv

Några avancerade prototyper av fasta elektrolytbatteer kan uppnå 80% av sin laddningskapacitet på mindre än 15 minuter. Och de har inte problemet med litiumplåtering som kan skada traditionella litiumbatterier. Den fasta elektrolytgränssnittet (SEI) i fasta elektrolytbatteer är mycket stabil. Den kan gå igenom mer än 5 000 laddningscykler samtidigt som den fortfarande behåller över 90% av sin kapacitet. Denna långvariga hållbarhet är verkligen viktig för energilagringssystem som behöver laddas och entladas djupt varje dag och förväntas hålla i decennier.

Programspecifika fördelar

Elbilar kan gynnas mycket av fasta tillståndsbatterier. Genom att använda samma mängd utrymme för batteripack kan de öka sin körsättning med 30 - 50%. Dessutom minskas brandrisken. Portabla medicinska enheter kan köra längre tid mellan laddningar utan att offra säkerhetsnormer. Fasta tillståndsbatterier kan tolerera en bred temperaturspann, från -40°C till 120°C. Detta gör dem pålitliga för användning i industriutrustning som utsätts för hårda miljöförhållanden.

Miljöpåverkans överväganden

Fasta tillståndsbatterier har en enklare cellarkitektur. Detta betyder att de inte behöver lika mycket kobolt och andra konfliktmineraler, som vanligtvis används i produktionen av litiumjonbatterier. Stabiliteten hos fasta elektrolyter gör återvinningssprocessen säkrare och möjliggör högre materialåtervinningsrater. Tillverkare gör också framsteg i minskning av energiförbrukningen. De strävar efter att använda 40% mindre energi jämfört med traditionella metoder för litiumbatteriproduktion.