ความแตกต่างและความได้เปรียบของแบตเตอรี่สถานะแข็งเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมแบบดั้งเดิมคืออะไร?

ความแตกต่างทางเทคโนโลยีพื้นฐาน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิมใช้สารอิเล็กโทรไลต์ในสถานะของเหลว แต่แบตเตอรี่สถานะแข็งนั้นแตกต่างกัน因为他们แทนที่อิเล็กโทรไลต์ของเหลวนี้ด้วยวัสดุเซรามิกหรือโพลิเมอร์ในสถานะแข็ง การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนี้ช่วยกำจัดส่วนประกอบที่อาจเกิดไฟไหม้ได้ ในขณะเดียวกันยังช่วยให้ออกแบบเซลล์ให้มีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น อีกทั้งแบตเตอรี่ลิเธียมแบบดั้งเดิมมักจะใช้กราฟีต์เป็นขั้วลบ ในทางกลับกัน แบตเตอรี่สถานะแข็งมักใช้ลิเธียมโลหะเป็นขั้วลบ ซึ่งช่วยให้แบตเตอรี่สถานะแข็งสามารถเก็บพลังงานได้มากขึ้นในพื้นที่เท่ากัน

ความหนาแน่นของพลังงานและการได้เปรียบด้านสมรรถนะ

เนื่องจากแบตเตอรี่แบบ sold-state ไม่มีอิเล็กโทรไลต์ในรูปของเหลว จึงสามารถเรียงซ้อนวัสดุอิเล็กโทรดได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ผลลัพธ์คือความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่ประเภทนี้สูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออน 2 ถึง 3 เท่า แล้วนี่หมายความว่าอย่างไร? สำหรับอุปกรณ์ มันหมายความว่าอุปกรณ์สามารถทำงานได้นานขึ้น ในกรณีของการใช้งาน เช่น รถยนต์ไฟฟ้า อาจทำให้มีการลดน้ำหนักลงอย่างมาก การวิจัยล่าสุดแสดงให้เห็นว่าเซลล์ solid-state ตัวอย่างสามารถบรรลุความหนาแน่นพลังงานได้ถึง 500 Wh/kg เมื่อเปรียบเทียบกัน แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนระดับสูงมักจะมีความหนาแน่นพลังงานอยู่ที่ประมาณ 250-300 Wh/kg

ลักษณะความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น

แบตเตอรี่แบบสถานะของแข็งกำจัดสารละลายอินทรีย์ที่สามารถเผาไหม้ได้ ด้วยเหตุนี้ พวกมันจึงมีเสถียรภาพทางความร้อนดีกว่ามาก แม้ในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว การทดสอบความเครียดในห้องปฏิบัติการพบว่าพวกมันสามารถรักษาโครงสร้างได้ถึง 200°C ในทางกลับกัน แบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนมีความเสี่ยงที่จะเกิดภาวะความร้อนสะสมเมื่ออุณหภูมิถึง 150°C คุณสมบัติความปลอดภัยในตัวนี้ทำให้แบตเตอรี่แบบสถานะของแข็งเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่การป้องกันการล้มเหลวมีความสำคัญอย่างยิ่ง เช่น อุปกรณ์ฝังตัวทางการแพทย์และระบบการบินอวกาศ

ความเร็วในการชาร์จและอายุการใช้งานของรอบชาร์จ

โปรโตไทป์แบตเตอรี่สถานะของแข็งรุ่นล่าสุดบางรุ่นสามารถชาร์จได้ 80% ของความจุในเวลาไม่ถึง 15 นาที และยังไม่มีปัญหาการเกิดแผ่นลิเทียมซึ่งอาจทำลายแบตเตอรี่ลิเทียมแบบดั้งเดิม อินเทอร์เฟซอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง (SEI) ในแบตเตอรี่สถานะของแข็งมีเสถียรภาพสูงมาก สามารถผ่านกระบวนการชาร์จซ้ำได้มากกว่า 5,000 รอบ โดยยังคงรักษาความจุไว้ได้มากกว่า 90% ความทนทานระยะยาวนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบเก็บพลังงานที่ต้องชาร์จและปล่อยประจุอย่างเต็มที่ทุกวันและคาดว่าจะใช้งานได้นานหลายทศวรรษ

ข้อได้เปรียบที่เฉพาะเจาะจงสำหรับแต่ละการใช้งาน

ยานพาหนะไฟฟ้าสามารถได้รับประโยชน์อย่างมากจากแบตเตอรี่สถานะแข็ง โดยใช้พื้นที่เท่าเดิมสำหรับแพ็คแบตเตอรี่ พวกมันสามารถเพิ่มระยะทางการขับขี่ได้ 30 - 50% นอกจากนี้ ความเสี่ยงของการเกิดไฟไหม้ยังลดลง อุปกรณ์แพทย์พกพาสามารถทำงานได้นานขึ้นระหว่างการชาร์จโดยไม่สูญเสียมาตรฐานด้านความปลอดภัย แบตเตอรี่สถานะแข็งสามารถทนต่ออุณหภูมิที่หลากหลายตั้งแต่ -40°C ถึง 120°C สิ่งนี้ทำให้พวกมันเชื่อถือได้สำหรับการใช้งานในอุปกรณ์อุตสาหกรรมที่ต้องเผชิญกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

การพิจารณาผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

แบตเตอรี่สถานะของแข็งมีสถาปัตยกรรมเซลล์ที่เรียบง่ายกว่า ซึ่งหมายความว่าไม่จำเป็นต้องใช้ kobalt และแร่ธาตุที่มีความขัดแย้งอื่นๆ เท่าไหร่นัก ซึ่งแร่เหล่านี้มักถูกใช้ในการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน การเสถียรของสารนำไฟฟ้าในสถานะของแข็งทำให้กระบวนการรีไซเคิลปลอดภัยมากขึ้นและช่วยเพิ่มอัตราการกู้คืนวัสดุได้สูงขึ้น นอกจากนี้ผู้ผลิตยังมีความก้าวหน้าในการลดการใช้พลังงาน โดยมีเป้าหมายที่จะใช้พลังงานน้อยกว่า 40% เมื่อเทียบกับวิธีการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมแบบดั้งเดิม