Твердотельные аккумуляторы — что это за батареи, простыми словами?

Твердотельный аккумулятор — это, простыми словами, аккумуляторная технология, которая всё ещё создаётся ведущими мировыми компаниями (такими, как Toyota, Samsung, Panasonic и другими) на смену распространившейся за последние 30 лет литий-ионной (в том числе литий-полимерной). На английском языке известна как «Solid-State Battery».

Узнайте, чем технология отличается от других, и почему во всём мире не видят без твердотельной батареи никакого будущего.

Что это значит — твердотельный аккумулятор?

Твердотельный аккумулятор — это литиевый аккумулятор с твёрдым «телом» электролита. И это главное его отличие от всех остальных.

Твердотельный электролит — это полимерные и композитные материалы на основе неорганических оксидов и сульфидов. Каждый разработчик, исследователь и стартап изучает собственные уникальные формулы химического состава, часто они патентуются.

Погоня исследований объясняется просто. В случае успеха и выхода на коммерческое производство, разработчик получит несравнимые преимущества за счёт владения более совершенной технологией, чем литий-ионная. Ставки высоки.

• • Переход от графита на аноде (как у Li-ion) к чистому литию увеличивает удельную энергию (меньше размеры и вес, дольше держит заряд);
• • трёхмерная структура поверхностей позволяет сделать слои тоньше (увеличивается ёмкость, дольше работает от одной зарядки);
• • отказ от жидкого электролита в пользу твёрдого полимера или керамического сепаратора решает проблему дендритов (увеличен срок службы);
• • совокупное применение новых материалов позволяет ячейке принимать заряд за короткое время (самая быстрая зарядка из доступных).

Исследователи не сдаются, хотя им предстоит ещё решить огромное количество инженерных проблем, с которыми все они столкнулись при разработке твердотельных аккумуляторов.

• • Литиевый анод подвержен расширению при заряде и сжатию при разряде (проблема безопасности, для которой фактически найдено решение);
• • пока удаётся уменьшить размеры, но не вес ячеек (например, в электромобилях важнее уменьшить массу транспортного средства);
• • безопасность сильно зависит от конкретных материалов и их сочетания (одни твердотельные аккумуляторы безопаснее других);
• • плохая проводимость материалов при низких температурах (хуже приспособлены к зимней эксплуатации, чем литий-ионные);
• • доказательств срока службы больше, чем у литий-ионных не предоставлено до сих пор (проблема скрыта в сложной диагностике ячеек из-за конструкции);
• • фактор, который говорит скорее о невысоком сроке службы — относительно высокое внутреннее сопротивление таких ячеек.

Поэтому технология твердотельных аккумуляторов всё ещё исследуется. Сейчас вы не найдёте в массовой продаже ячейки такого типа за редким исключением (опытные поставки).

Если вам понравилась статья, рекомендуем поинтересоваться про литий-керамическую технологию.

Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.