Wat is buigsame vaste toestand batterye?

’n Groep internasionale wetenskaplikes het ’n nuwe soort vastestofbattery ontwikkel wat die reikwydte van elektriese voertuie kan vergroot en brande in skootrekenaars en slimfone kan voorkom. Die skrywers beskryf hul bevindinge in Advanced Energy Materials. Deur die vloeibare elektroliete wat in konvensionele herlaaibare batterye gebruik word te vervang met 'soliede', keramiese batterye, kan hulle meer effektiewe, langdurige batterye produseer wat ook veiliger is vir gebruik. Navorsers hoop dat hierdie voordele die weg kan baan vir doeltreffender, groener batterye vir alle soorte toestelle, insluitend elektriese motors.

Die skrywers van die studie, van die VSA en die Verenigde Koninkryk, ondersoek al 'n geruime tyd alternatiewe vir vloeibare elektroliete in litiumioonbatterye. In 2016 het hulle die ontwikkeling van 'n vastestofbattery aangekondig wat teen meer as twee keer die spanning van konvensionele litiumioonselle kan werk, maar met soortgelyke doeltreffendheid.

Terwyl hul nuutste ontwerp 'n aansienlike verbetering op hierdie vroeëre weergawe verteenwoordig, merk navorser professor Donald Sadoway van MIT op dat daar nog ruimte vir verbetering is: "Om hoë ioniese geleidingsvermoë in keramiekmateriaal by verhoogde temperature te bereik, kan moeilik wees," het hy verduidelik. “Dit was ’n deurbraakprestasie.” Die navorsers hoop dat na die toets van hierdie verbeterde batterye geskik sal wees vir elektriese voertuie of selfs vir vliegtuie.

In vaste toestandbatterye word skade as gevolg van oorverhitting voorkom deur keramiekelektroliete te gebruik eerder as vlambare, vloeibare. As die battery beskadig is en die keramiekelektroliet begin oorverhit, verkool dit eerder as om aan die brand te steek, wat verhoed dat dit vlam vat. Die porieë in die struktuur van hierdie soliede materiale stel hulle ook in staat om 'n veel hoër las elektriese lading te dra met ione wat deur 'n uitgebreide netwerk binne die vaste stof beweeg.

Hierdie kenmerke beteken dat wetenskaplikes beide die spanning en kapasitansie van hul batterye kon verhoog in vergelyking met dié wat vlambare vloeibare elektroliete bevat. Trouens, het professor Sadoway gesê: "Ons het 'n litium-lugsel met 12 volt gedemonstreer wat teen 90 grade C [194 ° F] werk. Dit is hoër as wat enigiemand anders bereik het."

Hierdie nuwe batteryontwerp het ander potensiële voordele bo vlambare elektroliete, insluitend die feit dat keramiekelektroliete oor die algemeen meer stabiel is as organiese. "Die wonderlike ding is hoe goed dit gewerk het," het professor Sadoway gesê. "Ons het meer energie uit hierdie sel gekry as wat ons daarin gesit het."

Hierdie stabiliteit kan vervaardigers in staat stel om groot getalle vastestofselle in skootrekenaars of elektriese motors te pak sonder om bekommerd te wees oor hulle oorverhitting, wat toestelle baie veiliger maak en hul funksionele lewe verleng. Tans, as hierdie soort batterye oorverhit, loop hulle die risiko om aan die brand te slaan – soos onlangs met die Samsung Galaxy Note 7-foon gebeur het. Die gevolglike vlamme sal nie kan versprei nie omdat daar geen lug binne selle is om verbranding te onderhou nie; hulle sal inderdaad nie verder as die plek van die aanvanklike skade kan versprei nie.

Hierdie soliede materiale is ook baie langdurig; daarenteen slaan sommige pogings om litiumioonbatterye met vlambare vloeibare elektroliete, wat teen hoër temperature (meer as 100°C) werk, gereeld aan die brand na 500 of 600 siklusse. Die keramiekelektroliete kan meer as 7500 laai-/ontladingsiklusse weerstaan ​​sonder om aan die brand te slaan."

Die nuwe bevindinge kan baie betekenisvol wees vir beide die uitbreiding van die reeks EV's en die voorkoming van slimfoonbrande. Volgens Sadoway: "Ouer generasies batterye het loodsuur [motor]-aansitterbatterye gehad. Hulle het 'n kort reikafstand gehad, maar hulle was ongelooflik betroubaar," het hy gesê en bygevoeg dat hul onvoorsiene swakheid was dat "as dit warmer as ongeveer 60 °C word, dan dit sou vlam vat."

Vandag se litiumioonbatterye, verduidelik hy, is 'n stap verder hiervan. "Hulle het 'n lang afstand, maar hulle kan beskadig word deur ernstige oorverhitting en aan die brand slaan," het hy gesê en bygevoeg dat die nuwe vastestofbattery moontlik 'n "fundamentele deurbraak" is omdat dit tot baie meer betroubare, veiliger toestelle kan lei.

Die wetenskaplikes by MIT dink hierdie tegnologie kan vyf jaar neem om wyd gebruik te word, maar selfs so vroeg as volgende jaar hoop hulle om hierdie soort batterye te sien in slimfone van groot vervaardigers soos Samsung of Apple. Hulle het ook opgemerk dat daar baie kommersiële gebruike vir hierdie selle is, behalwe fone, insluitend skootrekenaars en elektriese voertuie.

Professor Sadoway waarsku egter dat daar nog 'n pad is om te gaan voordat die tegnologie vervolmaak is. "Ons het 'n sel wat regtig uitstekend lyk, maar dit is baie vroeë dae . . . Ons het nog nie selle met grootskaalse hoëkragdigtheid-elektrodes gemaak nie."

Sadoway glo dat hierdie deurbraak onmiddellik wyd aanvaar sal word omdat dit nie net die potensiaal het om EV's met veel groter reikafstand aan te dryf nie, maar moontlik ook slimfoonbrande te voorkom. Miskien meer verbasend is sy voorspelling dat vastestaatbatterye in minder as vyf jaar universeel gebruik kan word sodra die meeste vervaardigers oortuig is van hul veiligheid en betroubaarheid.