Wat binne fleksibele solid state batterijen?

In groep ynternasjonale wittenskippers hat in nij soarte fan solid-state batterij ûntwikkele dy't it berik fan elektryske auto's kin fergrutsje en brânen yn laptops en smartphones kinne foarkomme. De skriuwers beskriuwe har befiningen yn Advanced Energy Materials. Troch de floeibere elektrolyten te ferfangen dy't brûkt wurde yn konvinsjonele oplaadbare batterijen mei 'solide', keramyske, kinne se effektiver, langduorjende batterijen produsearje dy't ek feiliger binne foar gebrûk. Undersikers hoopje dat dizze foardielen it paad kinne pleatse foar effisjintere, grienere batterijen foar alle soarten apparaten, ynklusyf elektryske auto's.

De auteurs fan 'e stúdzje, út' e FS en it Feriene Keninkryk, hawwe in skoft alternativen ûndersocht foar floeibere elektrolyten yn lithium-ion-batterijen. Yn 2016 kundige se de ûntwikkeling oan fan in solid-state batterij dy't koe operearje op mear as twa kear de spanning fan konvinsjonele lithium ion sellen, mar mei ferlykbere effisjinsje.

Wylst har lêste ûntwerp in signifikante ferbettering fertsjintwurdiget op dizze eardere ferzje, merkt ûndersiker Professor Donald Sadoway fan MIT op dat d'r noch romte is foar ferbettering: "It berikken fan hege ionyske konduktiviteit yn keramyske materialen by ferhege temperatueren kin lestich wêze," ferklearre hy. "Dit wie in trochbraakprestaasje." De ûndersikers hoopje dat nei it testen fan dizze ferbettere batterijen gaadlik wêze sille foar elektryske auto's of sels fleantugen.

Yn solid state batterijen wurdt skea troch oververhitting foarkommen troch it brûken fan keramyske elektrolyten ynstee fan brânbere, floeibere. As de batterij is skansearre en begjint te oververhit de keramische electrolyte chars ynstee igniting, dat foarkomt dat it fange fjoer. De poaren yn 'e struktuer fan dizze fêste materialen kinne se ek in folle hegere lading fan elektryske lading drage mei ioanen dy't troch in útwreide netwurk binnen de fêste ferpleatse.

Dizze funksjes betsjutte dat wittenskippers sawol de spanning as de kapasiteit fan har batterijen kinne ferheegje yn ferliking mei dyjingen dy't flammable floeibere elektrolyten befetsje. Yn feite, sei professor Sadoway: "Wy demonstrearren in lithium-lucht sel mei 12 volt operearje op 90 graden C [194 ° F]. Dat is heger as immen oars hat berikt."

Dit nije batterijûntwerp hat oare potensjele foardielen boppe flammable elektrolyten, ynklusyf it feit dat keramyske elektrolyten oer it algemien stabiler binne dan organyske. "It geweldige ding is hoe goed it wurke," sei professor Sadoway. "Wy hawwe mear enerzjy út dizze sel helle as wy der yn stiene."

Dizze stabiliteit koe fabrikanten tastean om grutte oantallen solid-state sellen yn laptops of elektryske auto's te pakken sûnder har soargen te hoegjen oer oerverhitting, wêrtroch apparaten folle feiliger meitsje en har funksjonele libben ferlingje. Op it stuit, as dizze soarten batterijen oerferhitsje, rinne se it risiko om fjoer te fangen - lykas koartlyn barde mei de Samsung Galaxy Note 7-tillefoan. De resultearjende flammen soe net by steat wêze om te fersprieden omdat der gjin lucht binnen sellen te ûnderhâlden ferbaarning; yndie, se soene net by steat wêze om te fersprieden bûten it plak fan de earste skea.

Dizze fêste materialen binne ek tige lang duorje; yn tsjinstelling, guon besykjen om te meitsjen lithium ion batterijen mei flammable floeibere electrolytes, dy't operearje by hegere temperatueren (oer 100 ° C) routinely fjoer nei 500 of 600 cycles. De keramyske elektrolyten kinne mear dan 7500 lading-/ûntladingssyklusen ferneare sûnder fjoer te fangen."

De nije befiningen kinne enoarm wichtich wêze foar sawol it útwreidzjen fan it berik fan EV's en it foarkommen fan smartphonebrannen. Neffens Sadoway: "Aldere generaasjes fan batterijen hiene lead acid [auto] startersbatterijen. Se hiene in koart berik, mar se wiene ongelooflijk betrouber," sei hy en tafoege dat har ûnfoarsjoene swakte wie dat "as it waarmer waard as sawat 60 ° C dan it soe yn 'e brân stekke."

De hjoeddeiske lithium-ion-batterijen, ferklearret hy, binne hjir in stap omheech. "Se hawwe in lang berik, mar se kinne wurde skansearre troch slimme oververhitting en it fangen fan fjoer," sei hy tafoegjen dat de nije solid-state batterij is potinsjeel in "fundamintele trochbraak" omdat it koe liede ta folle mear betroubere, feiliger apparaten.

De wittenskippers by MIT tinke dat dizze technology fiif jier kin duorje om in soad brûkt te wurden, mar sels takom jier hoopje se dit soarte batterijen te sjen pleatst yn smartphones fan grutte fabrikanten lykas Samsung of Apple. Se merkten ek op dat d'r in protte kommersjele gebrûk binne foar dizze sellen neist tillefoans, ynklusyf laptops en elektryske auto's.

Professor Sadoway warskôget lykwols dat d'r noch wat te gean is foardat de technology perfekt is. "Wy hawwe in sel dy't der echt poerbêst útsjocht, mar it is heul iere dagen ... Wy moatte noch sellen meitsje mei grutskalige elektroden mei hege krêftige tichtheid."

Sadoway is fan betinken dat dizze trochbraak fuortendaliks breed sil wurde oannommen, om't it it potensjeel hat net allinich om EV's mei folle grutter berik te brânen, mar ek mooglik smartphonebrannen te foarkommen. Miskien mear ferrassend is syn foarsizzing dat solid state-batterijen yn minder dan fiif jier universeel kinne wurde brûkt as de measte fabrikanten oertsjûge binne fan har feiligens en betrouberens.