Co je to solidární baterie a řeší problémy s baterií?

Mobilní technologie se zvětšuje exponenciálně, ale technologie baterií se nedrží. Dosahujeme fyzických limitů toho, co konvenční konstrukce lithium-iontů a lithia-polymeru mohou dělat. Řešení by mohlo být něco nazývaného pevná baterie.

Co je to pevná baterie??

V konvenčním provedení baterie - nejčastěji lithium-iontové - se používají dvě pevné kovové elektrody s kapalnou lithnou solí, která působí jako elektrolyt. Iontové částice se pohybují z jedné elektrody (katody) do druhé (anody), jak se nabíjí baterie, a naopak, když se vybíjí. Kapalný lithiový solný elektrolyt je médium, které umožňuje tento pohyb. Pokud jste někdy viděli poškození baterie nebo propíchnutí, "kyselinou baterie", která vyzařuje (nebo někdy exploduje), je kapalný elektrolyt.

V pevném stavu jsou kladné i záporné elektrody a elektrolyt mezi nimi pevné kusy kovu, slitiny nebo nějaký jiný syntetický materiál. Termín "solid-state" může připomínat datové jednotky SSD a to není náhoda. Pevné disky pro ukládání dat používají flash paměť, která se nepohybuje, na rozdíl od standardního pevného disku, který ukládá data na rotujícím magnetickém disku poháněném malým motorem.

Ačkoli myšlenka solid-state baterií je kolem desetiletí, pokroky v jejich vývoji právě začínají, v současné době stimulované investicemi od elektronických společností, výrobců automobilů a všeobecných průmyslových poskytovatelů.

Co je lepší o bateriích z pevného disku?

Pevné baterie nabízejí několik výrazných výhod oproti svým bratrancům naplněným kapalinou: lepší životnost baterie, rychlejší nabíjení a bezpečnější zážitek.

Baterie v pevné fázi komprimují anodu, katodu a elektrolyt do tří plochých vrstev namísto zavěšení elektrod v kapalném elektrolytu. To znamená, že je můžete snížit - nebo přinejmenším plodnější - a současně držet tolik energie, jako větší baterie na bázi kapaliny. Takže pokud jste v telefonu nebo laptopu vyměnili lithium-iontovou nebo lithium-polymerovou baterii s pevnou baterií stejné velikosti, získávala by mnohem delší nabití. Případně můžete zařízení, které drží stejný náboj mnohem menší nebo tenčí.

Pevné baterie jsou také bezpečnější, protože tam žádná toxická, hořlavá kapalina k úniku, a oni nevydávají tolik tepla jak konvenční dobíjecí baterie. Při použití na baterie, které napájí proudovou elektroniku nebo dokonce elektrické automobily, by se mohly nabít mnohem rychleji, i iony by se mohly pohybovat mnohem rychleji od katody k anodě.

Podle nejnovějšího výzkumu by baterie s pevným stavem mohla překonat konvenční dobíjecí baterie o 500% nebo více, pokud jde o kapacitu, a nabít se za desetinu času.

Jaké jsou nevýhody?

Protože pevné baterie jsou vznikající technologie, jsou neuvěřitelně drahé na výrobu. Tak drahé, ve skutečnosti, že nejsou v době psaní instalovány v žádné významné elektronické spotřební elektronice. V roce 2012 analytici, kteří píší na oddělení analýz softwaru a pokročilých materiálů University of Florida, odhadují, že typická baterie s pevným stavem velikosti mobilního telefonu by stála asi 15 000 dolarů na výrobu. Jeden velký, který by mohl napájet elektrický vůz, by stálo 100 000 dolarů.

Vytvoření solidní baterie dostatečně velké na to, aby telefon napájel, stojí dnes tisíce dolarů.

Součástí je i to, že úspory z rozsahu nejsou zavedeny - stovky milionů nabíjecích baterií jsou vyráběny každý rok právě teď, takže výrobní náklady na materiály a zařízení jsou rozloženy napříč obrovskými zásobovacími linkami. Existuje jen několik společností a univerzit, které zkoumají baterie pevných baterií, takže náklady na výrobu každého z nich jsou astronomické.

Dalším problémem jsou materiály. Zatímco vlastnosti různých kovů, slitin a kovových solí, které se používají u běžných dobíjecích baterií, jsou dobře známy, v současné době nepoznáme nejlepší chemické a atomové složení pevného elektrolytu mezi kovovými anody a katodami. Současný výzkum to snižuje, ale potřebujeme shromáždit spolehlivější údaje, než budeme moci shromažďovat nebo syntetizovat materiály a investovat do výrobních procesů.

Kdy budu používat pevnou baterii?

Stejně jako u všech nově vznikajících technologií se snažíte zjistit, kdy dostanete ruce, je to nejlepší.

Je povzbudivé, že mnoho obrovských korporací investuje do výzkumu potřebného k tomu, aby na spotřebitelský trh přinesli baterie solidárních baterií, ale v blízké budoucnosti se obávají velkého průlomu, je těžké říct, zda dojde k velkému skoku. Aspoň jedna automobilová společnost tvrdí, že bude připravena dát vozidlo do roku 2023, ale neumějí odhadnout, kolik to auto může stát. Pět let se zdá příliš optimistický; deset let je pravděpodobnější. Může se jednat o dvacet let nebo dřív, než budou materiály vyřešeny a výrobní procesy budou vyvíjeny.

Ale jak jsme se zmínili na začátku článku, běžné baterie tech začíná zasahovat do zdi. A neexistuje nic jako potenciální prodej, který by podpořil výzkum a vývoj. Je to alespoň mírně (velmi, velmi mírně) možné, že byste mohli používat gadget nebo řídit auto poháněné pevnou baterií brzy.

Image credit: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock