В современных электромобилях используются большие литий-ионные батареи, которые работают достаточно хорошо. Они могут хранить довольно большое количество энергии по отношению к их весу. Их также не нужно полностью разряжать каждый раз перед зарядкой, поэтому обычно вы можете поставить автомобиль на зарядку, когда вам удобно, не слишком задумываясь о том, не повредите ли вы аккумулятор.
Но плотность энергии этих батарей по-прежнему недостаточна для новых приложений и электромобилей. Они нестабильны и легко воспламеняются, поэтому, возможно, неудивительно, что ведутся поиски альтернатив.
«Твердотельные аккумуляторы могут стать будущим для электромобилей завтрашнего дня», – говорит Дэниел Реттенвандер, профессор кафедры материаловедения и инженерии NTNU.
Реттенвандер является частью исследовательской группы, изучающей, как можно заряжать твердотельные батареи намного быстрее, чем это возможно в настоящее время, а также сделать их более безопасными и простыми в переработке. Их исследование было опубликовано в Nature Communications. Исследователи из Норвегии сотрудничали с коллегами из Австрии, Германии и США.
Выводы могут быть важны в рамках работы по привлечению большего числа людей к использованию твердотельных батарей, возможно, в качестве технологии, которая в какой-то момент будет готова. для коммерциализации.
Преимущества твердотельных батарей
Твердотельные батареи имеют ряд преимуществ по сравнению с литий-ионными батареями. Они могут иметь более высокое напряжение и более высокую энергоемкость для хранения энергии по отношению к их весу и объему.
Эти типы батарей сегодня используются в кардиостимуляторах и портативной электронике, где особенно важно, чтобы батареи были маленькими. Маленькие батареи также легче производить, поэтому твердотельные батареи коммерчески доступны только в небольших количествах. Затраты на производство более крупных батарей были бы слишком высоки, поскольку их производство обходится дорого.
Твердотельные батареи также могут быть безопаснее обычных литий-ионных батарей. Среди прочих характеристик они выдерживают гораздо большие колебания температуры, чем литий-ионные аккумуляторы. Это особенно приятно холодным зимним утром в гараже или в дальних поездках.
Кроме того, твердотельные батареи менее огнеопасны, чем литий-ионные, поскольку они не содержат жидкого электролита. Эти электролиты представляют собой заряженные вещества, которые используются для проведения электричества. Как следует из их названия, в твердотельных батареях используются твердые вещества вместо гораздо более распространенных жидких электролитов.
Быстрая зарядка
Но твердотельные батареи могут заряжаться быстрее, чем сегодня. Одна из проблем, которую необходимо решить, заключается в том, что использовать твердые вещества для переноса электрических зарядов сложнее, чем жидкости.
«Мы исследовали, как мы можем более эффективно заряжать твердотельные батареи гораздо более высоким током, что сокращает время зарядки любого электронного устройства или электромобиля с использованием этих батарей», – говорит Флориан Флатчер, доктор философии. кандидат, работавший с Реттенвандер и Вереной Рейзекер из Технологического университета Граца.
Большинству из нас механизм начисления платы очень сложен для понимания, но те, кто уже немного разбирается в этом, могут ознакомиться со статьей здесь. Результаты исследования также могут способствовать тому, что твердотельные батареи легче перерабатывать.
Может быть безопаснее
Исследователи также больше знают о том, почему твердотельные батареи выходят из строя. Само собой разумеется, что это важно.
«В твердотельных батареях также используется литий. Мы видим, что активность лития может сыграть решающую роль, когда твердотельные батареи перестают работать», – говорит Реттенвандер.
Это совершенно новое понимание, и это шаг на пути к пониманию механизмов, лежащих в основе того, что называется «дендриты». Это создает проблему для твердотельных аккумуляторов. В этом контексте дендриты представляют собой особые частицы лития, которые могут образовываться в результате коррозии и механического воздействия. Эти частицы лития, в свою очередь, могут закорачивать проводники.
«Теперь мы знаем больше о том, как предотвратить образование таких дендритов. Это реальное преимущество для безопасности», – говорит Флэтшер.
Твердотельные батареи стоят дороже, чем литиевые, но это может измениться при их массовом производстве. Ряд производителей объявили, что разрабатывают автомобили с твердотельными батареями. Первые могут появиться на рынке уже в 2024 году.
