Katı Hal Aküsü Nedir ve Pil Ömrü Sorunlarımızı Çözecekler mi?

Mobil teknoloji katlanarak güç kazanıyor, ancak pil teknolojisi yetmiyor. Geleneksel lityum-iyon ve lityum polimer tasarımlarının yapabileceklerinin fiziksel sınırlarına ulaşıyoruz. Çözüm, katı hal bataryası olarak adlandırılan bir şey olabilir..

Katı Hal Aküsü Nedir??

Geleneksel bir batarya tasarımında, en yaygın şekilde lityum-iyon-iki katı metal elektrot, bir elektrolit görevi gören sıvı bir lityum tuzu ile kullanılır. İyonik parçacıklar bir elektrottan (katot) diğerine (anot) akü şarj edilirken ve boşaldıkça ters yönde hareket eder. Sıvı lityum tuzu elektroliti, bu harekete izin veren ortamdır. Bir pilin paslandığını veya delindiğini fark ettiyseniz, sızan (veya bazen patlayan) “pil asidi” sıvı elektrolittir..

Bir katı-hal bataryada, hem pozitif hem de negatif elektrotlar ve bunların arasındaki elektrolit, metal, alaşım veya başka bir sentetik malzemenin katı parçalarıdır. “Katı hal” terimi size SSD veri sürücülerini hatırlatabilir ve bu bir tesadüf değil. Katı hal depolama sürücüleri, küçük bir motor tarafından çalıştırılan dönen bir manyetik diskte veri depolayan standart bir sabit sürücünün aksine, hareket etmeyen flash belleği kullanır.

Katı hal aküleri fikri on yıllardan beri sürmesine rağmen, şu anda elektronik şirketlerinden, araç üreticilerinden ve genel sanayi sağlayıcılarından yapılan yatırımlarla teşvik edilen gelişimindeki ilerlemeler yeni başlıyor..

Katı Hal Pilleri Hakkında Daha İyi Olanlar?

Katı hal pilleri sıvı dolgulu kuzenlerine göre birkaç farklı avantaj vaat ediyor: daha iyi pil ömrü, daha hızlı şarj süresi ve daha güvenli bir deneyim.

Katı hal pilleri, elektrotları sıvı bir elektrolitte süspanse etmek yerine anot, katot ve elektroliti üç düz tabaka halinde sıkıştırır. Bu, daha büyük veya sıvı bazlı bir batarya kadar enerji tutarken onları daha küçük veya en azından yassı hale getirebileceğiniz anlamına gelir. Bu nedenle, telefonunuzdaki veya dizüstü bilgisayarınızdaki lityum-iyon veya lityum-polimer pili aynı boyutta bir katı hal pille değiştirirseniz, çok daha uzun süre şarj olur. Alternatif olarak, aynı şarjı çok daha küçük veya daha ince tutan bir cihaz yapabilirsiniz..

Katı halli piller ayrıca daha güvenlidir, çünkü dökülecek toksik, yanıcı sıvı yoktur ve geleneksel şarj edilebilir piller kadar ısı üretmezler. Akım elektroniklerine ve hatta elektrikli arabalara güç veren bataryalara uygulandığında çok daha hızlı şarj olabilirler, iyonlar katottan anotlara çok daha hızlı hareket edebilir.

Son araştırmalara göre, katı halli bir pil, konvansiyonel şarj edilebilir pilleri kapasite açısından% 500 veya daha fazla geride bırakabilir ve zamanın onda birinde şarj olabilir.

Dezavantajları Nelerdir??

Katı hal aküleri yeni ortaya çıkan bir teknoloji olduğu için üretimi inanılmaz derecede pahalıdır. Aslında o kadar pahalı ki, yazarlık sırasında herhangi bir büyük tüketici elektroniğine kurulmamışlardı. 2012 yılında, Florida Üniversitesi Yazılım Analizi ve İleri Malzeme İşleme Bölümü için yazan analistler, tipik bir cep telefonu büyüklüğünde katı hal bataryasının üretilmesinin yaklaşık 15.000 dolara mal olacağını tahmin ettiler. Elektrikli bir arabaya yetecek kadar büyük biri 100.000 dolara mal olacak.

Katı halli bir bataryayı, telefonunuzun kullanabilmesi için yeterince büyük yapmak bugün binlerce dolara mal oluyor.

Bunun bir kısmı, ölçek ekonomisinin yerinde olmadığı için, her yıl yüz milyonlarca şarj edilebilir pil üretiliyor olması nedeniyle, malzemelerin ve ekipmanların üretim maliyetleri büyük tedarik hatlarına yayılıyor. Katı hal pillerini araştıran sadece birkaç şirket ve üniversite var, bu yüzden her birini üretmenin maliyeti astronomik.

Diğer bir konu ise malzemeler. Geleneksel şarj edilebilir piller için kullanılan çeşitli metallerin, alaşımların ve metalik tuzların özellikleri iyi bilinmesine rağmen, şu anda metalik anotlar ve katotlar arasındaki katı bir elektrolit için en iyi kimyasal ve atomik bileşimi bilmiyoruz. Mevcut araştırma bunu daraltmaktadır, ancak materyalleri toplamadan veya sentezlemeden ve üretim süreçlerine yatırım yapmadan önce daha güvenilir veriler toplamamız gerekiyor..

Katı Hal Pili Ne Zaman Kullanacağım?

Gelişmekte olan tüm teknolojilerde olduğu gibi, ne zaman başa çıkacağınızı anlamaya çalışmak en iyisi.

Çok büyük şirketlerin katı hal pillerini tüketici pazarına getirmek için gereken araştırmalara yatırım yapmalarını teşvik ediyor, ancak yakın gelecekte büyük bir atılım yapmaktan çekinmediklerini söylemek zor, ileriye dönük büyük bir adım olup olmayacağını söylemek zor. En az bir otomobil şirketi, 2023 yılına kadar bir araca binmeye hazır olacağını söylüyor, ancak bu arabanın ne kadara mal olacağını tahmin etmiyor. Beş yıl aşırı iyimser görünüyor; on yıl daha muhtemel görünüyor. Malzemelerin yerleştirilmesinden ve üretim süreçlerinin geliştirilmesinden önce yirmi yıl veya daha fazla bir süre olabilir..

Ancak makalenin başında söylediğimiz gibi, geleneksel akü teknolojisi bir duvara çarpmaya başlıyor. Ve araştırma ve geliştirmeye destek olacak potansiyel satışlar gibisi yoktur. En azından hafifçe (çok, çok hafif) mümkün olan bir aleti kullanabilmeniz veya yakında bir katı hal bataryasıyla çalışan bir araba kullanmanız mümkün..

Resim kredisi: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock