Pidämme suurta osaa ympärillämme olevasta teknologiasta itsestäänselvyytenä. Esimerkiksi mikrotietokoneet puhelimille, jotka toimivat lataamatta koko päivän. Mutta haluan puhelimen toimivan 3-4 päivää ilman latausta. Tai sähköauto, joka voi ajaa 1000 kilometriä, latautuu muutamassa minuutissa ... ja maksaa vähemmän kuin bensiinimoottorilla varustettu auto. Puolijohde-akuista on puhuttu paljon vuosien varrella, mutta miten asiat menevät nyt? Ja kuinka paljon meidän on vielä odotettava solid-state-akut päätyvät laitteidemme sisään?
Tuorein esimerkki on Toyota, joka julkisti solid-state-akkuauton talviolympialaisten aikana. Nykyään käyttämillämme litiumioniakuilla, vaikka ne ovatkin, on tiettyjä haittoja, joita solid-state-akuilla yritetään ratkaista.
Molemmat tyypit käyttävät litiumia sähkön tuottamiseen ja niiden yleinen rakenne on melko samanlainen. Yksinkertaisesti sanottuna niissä on anodi (negatiivinen elektrodi), katodi (positiivinen elektrodi) ja elektrolyytti.
Niiden tärkein ero on elektrolyytin tilassa, joka auttaa siirtämään ioneja katodista anodille latauksen aikana ja päinvastoin purkamisen aikana. Toisin sanoen elektrolyytti säätelee sähkövirran kulkua akun negatiivisen ja positiivisen puolen välillä. Litiumioniakut käyttävät nestemäisiä elektrolyyttejä, kun taas puolijohdeakut käyttävät nimensä mukaisesti ohuita kerroksia kiinteää elektrolyyttiä.
Kiinteillä elektrolyyteillä on useita merkittäviä etuja:
Vasemmalla näemme litiumioniakun rakenteen ja oikealla solid-state akun rakenteen.
3. Kevyempi paino ja koko: Vaikka litiumioniakkujen sisällä oleva neste tekee niistä raskaampia, solid-state-akkujen kompakti rakenne mahdollistaa suuremman energiatiheyden pinta-alayksikköä kohti, mikä tarkoittaa, että akkuja tarvitaan vähemmän.
Teoriassa kyllä, tai ainakin siihen asiat ovat menossa. Itse asiassa monet autonvalmistajat investoivat jo tähän tekniikkaan, mukaan lukien Volkswagen, Toyota, Ford ja BMW. Käytännössä solid-state-akkujen kennoja valmistetaan kuitenkin yksitellen laboratorioissa ja niiden saattamiseksi massatuotantoon - kallis ja vielä riittämättömästi kehitetty tehtävä.
On vaikeaa kehittää kiinteää elektrolyyttiä, joka olisi sekä stabiili, kemiallisesti inertti että hyvä ionien johde elektrodien väliin. Lisäksi elektrolyytit ovat liian kalliita valmistaa ja ovat alttiita halkeilemaan niiden haurauden vuoksi, kun niitä laajennetaan ja puristetaan käytön aikana. Mutta ehkä se tapahtuu, kun litiumioniakut tulevat vähitellen edullisemmiksi.
Viime vuosina on tehty monia mielenkiintoisia tutkimuksia, joiden tarkoituksena on ratkaista tämä ongelma. MIT-tutkijat ovat kehittäneet niin sanottuja MIEC-johtimia sekä elektronisia ja litiumionieristeitä (ELI). Se on kolmiulotteinen soluarkkitehtuuri nanomittakaavan MIEC-putkilla. Putket on täytetty litiumilla, joka muodostaa anodin. Keskeinen osa tätä löytöä on, että solurakenne antaa tilaa litiumille laajentua ja supistua latauksen ja purkamisen aikana. Tämä akun "hengittäminen" estää halkeamia. ELI-putkien pinnoite toimii esteenä ja suojaa niitä kiinteältä elektrolyytiltä. Tämä on solid-state-akun rakenne, joka säästää meidät tarpeelta lisätä nestettä tai geeliä ja mahdollistaa siten dendriittien välttämisen.
Yritys soitti Ionivarastojärjestelmät kehitti erittäin ohuen keraamisen elektrolyytin, joka on noin 10 mikrometriä paksu, suunnilleen saman paksuinen kuin nykyaikaiset nestemäisiä elektrolyyttejä käyttävät muovierottimet. Keraamisen elektrolyytin jokainen puoli on päällystetty erittäin ohuella alumiinioksidikerroksella, joka auttaa vähentämään vastusta. Akun prototyypin energiakapasiteetti on noin 300 Wh/kg ja se voidaan ladata 5-10 minuutissa. Vertailun vuoksi: nykyaikaiset NCA-akut saavuttavat noin 250 Wh/kg:n energiakapasiteetin.
Näyttelyssä CES tänä vuonna Mecedes esitteli ympäristöystävällisistä materiaaleista valmistettua AVTR-konseptiautoa, jossa on myös täysin kierrätettävä akku. Mercedesin Senior Battery Research Manager Andreas Hintennach totesi haastattelussa, että akkuteknologiaa testataan parhaillaan laboratoriossa ja se on valmis 10-15 vuoden kuluttua. CATL (Teslan kiinalainen akkukumppani) on myös kehittänyt näytteen solid-state-akusta, mutta he ilmoittivat, että se tulee markkinoille vasta 2030.
Solid-state-akkujen jatkuvaa tuotantoa odotetaan korjataan vuodesta 2025, mutta ei aluksi autoteollisuudessa.
Lue myös:
Jätä vastaus