Які різниці та переваги між твердотільними батареями та традиційними літійовими батареями?

Фундаментальні технологічні відмінності

Традиційні литієво-іонні батареї використовують рідинний електроліт, але тверdosубстанційні батареї відрізняються. Вони замінюють цей рідинний електроліт твердим керамічним або полімерним матеріалом. Ця зміна у структурі позбавляє компонентів, які можуть загорітися. При цьому вона дозволяє створювати більш компактні конструкції елементів. Також, традиційні литієві батареї зазвичай мають графітові аноди. Навпаки, тверdosубстанційні батареї часто використовують металеві литієві аноди. Це допомагає тверdosубстанційним батареям зберігати більше енергії у тому самому об'ємі.

Переваги енергодоступності та продуктивності

Оскільки твердотільні батареї не мають розчинних електролітів, вони можуть складати електродні матеріали набагато ефективніше. Як наслідок, їхня енергетична щільність в 2-3 рази вища за щільність батарей на основі литію-іону. Що це означає? Для пристроїв це означає, що вони зможуть працювати довше. У випадку електромобілів це може призвести до значного зменшення ваги. Недавні дослідження показали, що прототипи твердотільних батарей можуть досягати енергетичної щільності 500 Вт·год/кг. На порівняння: високоякісні литій-іонні батареї зазвичай мають енергетичну щільність 250-300 Вт·год/кг.

Покращені безпечні特性

Твердотільні батареї видаляють згорювані органічні розчинники. Завдяки цьому, вони мають набагато кращу термічну стійкість, навіть у екстремальних умовах. Лабораторні стрес-тести виявили, що вони можуть зберігати свою структуру до 200°C. З іншого боку, литієві йонні батареї ризикують термічним вибухом, коли температура досягає 150°C. Ця вбудована функція безпеки робить твердотільні батареї дуже придатними для застосувань, де предотвращення виходу з ладу є надзвичайно важливим, такими як медичні імпланти та авіакосмічні системи.

Швидкість зарядки та циклова тривалість

Деякі передові прототипи твердочастинних аккумуляторів можуть досягати 80% своєї ємності за менше ніж 15 хвилин. І вони не мають проблеми з литієвою плівкою, яка може пошкодити традиційні литієві батареї. Тверда електролітна інтерфейсна поверхня (SEI) у твердочастинних аккумуляторах дуже стабільна. Вона може пройти більше 5,000 циклів зарядки, при цьому зберігаючи більше 90% своєї ємності. Ця тривала тривалість дуже важлива для систем зберігання енергії, яким потрібно щоденно глибоко перезаряджуватися і які очікується, що вони працюватимуть десятиліттями.

Преимущества, специфічні для застосувань

Електричні транспортні засоби можуть значно вигодувати від тверdosмірних батарей. Використовуючи той самий об'єм для батарейних блоків, вони можуть збільшити свій діапазон їзды на 30 - 50%. Також зменшується ризик вогню. Переносні медичні пристрої можуть працювати довше між зарядками без ущербу стандартам безпеки. Тверdosмірні батареї можуть переносити широкий діапазон температур, від -40°C до 120°C. Це робить їх надійними для використання в промисловому обладнанні, яке піддається суворим екологічним умовам.

Розгляд впливу на середовище

Тверdosмірні батареї мають простішу архітектуру клітин. Це означає, що їм не потрібно так багато кобальту та інших конфліктних мінералів, які часто використовуються при виробництві литієво-іонних батарей. Стійкість тверdosмірного електроліту робить процес переробки безпечнішим і дозволяє отримувати вищу ступінь відновлення матеріалів. Виробники також роблять кроки для зменшення споживання енергії. Вони метаються використовувати на 40% менше енергії порівняно з традиційними методами виробництва литієвих батарей.