Ийкемдүү катуу абалдагы батареялар деген эмне?

Эл аралык илимпоздор тобу электр унааларынын диапазонун кеңейтип, ноутбуктар менен смартфондордогу өрттүн алдын ала турган катуу абалдагы аккумулятордун жаңы түрүн ойлоп табышты. Авторлор өздөрүнүн жыйынтыктарын Advanced Energy Materials китебинде сүрөттөшөт. Кадимки кайра заряддалуучу батарейкаларда колдонулган суюк электролиттерди "катуу", керамикалык батарейкаларга алмаштыруу менен алар натыйжалуураак, узакка чыдамдуу батареяларды чыгара алышат, алар дагы колдонуу үчүн коопсуз. Окумуштуулар бул артыкчылыктар бардык түзмөктөр, анын ичинде электр унаалары үчүн натыйжалуураак, жашыл батарейкаларга жол ачат деп үмүттөнүшөт.

Изилдөөнүн авторлору, АКШ жана Улуу Британия, бир нече убакыт бою литий-иондук батарейкалардагы суюк электролиттерге альтернативаларды изилдеп келишкен. 2016-жылы алар кадимки литий-иондук клеткалардан эки эсе жогору чыңалууда иштей турган, бирок ушундай эле эффективдүүлүккө ээ болгон катуу абалдагы аккумуляторду иштеп чыгууну жарыялашкан.

Алардын акыркы дизайны бул мурунку версиянын олуттуу жакшыргандыгын көрсөткөнү менен, MITден изилдөөчү профессор Дональд Садоуэй дагы деле жакшыртууга мүмкүнчүлүк бар экенин белгилейт: "Жогорку температурада керамикалык материалдарда жогорку иондук өткөрүмдүүлүккө жетүү кыйын болушу мүмкүн" деп түшүндүрдү ал. "Бул чоң жетишкендик болду." Окумуштуулар бул жакшыртылган аккумуляторлор сыноодон өткөндөн кийин электр транспортторуна же ал тургай учактар ​​үчүн да ылайыктуу болот деп үмүттөнүшөт.

Катуу абалдагы батарейкаларда күйүүчү суюк батареялардын ордуна керамикалык электролиттерди колдонуу менен ысып кетүүдөн улам бузулуу алдын алат. Батарея бузулган болсо жана керамикалык электролит күйгүзүү эмес, ысып кете баштаса, бул анын күйүп кетүүсүнө жол бербейт. Бул катуу материалдардын түзүмүндөгү тешикчелер, ошондой эле аларга катуу заттын ичинде кеңейтилген тармак аркылуу кыймылдаган иондор менен электрдик заряддын бир топ жогору жүгүн көтөрүүгө мүмкүнчүлүк берет.

Бул өзгөчөлүктөр илимпоздор күйүүчү суюк электролиттерди камтыган батареялардын чыңалуусун жана сыйымдуулугун да көтөрө алышканын билдирет. Профессор Садоуэй: «Биз 12 вольт менен 90 градус C [194°F] температурада иштеген литий-аба клеткасын көрсөттүк. Бул башкалар жетишкендиктен жогору».

Бул жаңы батареянын дизайны күйүүчү электролиттерге караганда башка потенциалдуу артыкчылыктарга ээ, анын ичинде керамикалык электролиттер органикалыктарга караганда туруктуураак. "Таң калыштуусу, анын канчалык жакшы иштегени", - деди профессор Садоуэй. "Биз бул клеткадан ага салганга караганда көбүрөөк энергия алдык."

Бул туруктуулук өндүрүүчүлөргө катуу абалдагы клеткалардын көп санын ноутбуктарга же электромобилдерге алардын ашыкча ысып кетүүсүнөн коркпой туруп, түзмөктөрдү алда канча коопсуз кылып жана алардын иштөө мөөнөтүн узартууга мүмкүндүк берет. Учурда, эгерде мындай батарейкалар ашыкча ысып кетсе, алар күйүп кетүү коркунучу бар - жакында Samsung Galaxy Note 7 телефонунда болуп өткөндөй. Андан чыккан жалын тарай албайт, анткени клетканын ичинде күйүүнү камсыз кыла турган аба жок; чындап эле, алар баштапкы зыяндын сайтынан ары жайыла алышпайт.

Бул катуу материалдар да абдан узак мөөнөттүү; тескерисинче, литий-иондук батарейкаларды күйүүчү суюк электролиттер менен жасоо аракеттери 100 же 500 циклден кийин үзгүлтүксүз күйүп кетет. Керамикалык электролиттер 600дөн ашык заряд/разряд циклдерине туруштук бере алат.

Жаңы табылгалар электр унааларынын диапазонун кеңейтүү жана смартфондордогу өрттүн алдын алуу үчүн абдан маанилүү болушу мүмкүн. Садоуэйдин айтымында: "Улуу муундагы аккумуляторлор коргошун кислотасы [унаа] стартердик батарейкалары болгон. Алар кыска аралыкка ээ болгон, бирок алар укмуштуудай ишенимдүү болгон", - деди ал, алардын күтүлбөгөн алсыздыгы: "эгер ал болжол менен 60°Cден ысык болсо, анда" деп кошумчалады. ал күйүп кетет».

Бүгүнкү литий-иондук батарейкалар, деп түшүндүрөт ал, мындан бир кадам жогору. "Алар узак аралыкка ээ, бирок алар катуу ысып кетүүдөн жана күйүп кетүүдөн бузулушу мүмкүн", - деди ал жаңы катуу абалдагы батарея потенциалдуу "фундаменталдуу ачылыш" болуп саналат, анткени ал алда канча ишенимдүү, коопсуз түзмөктөргө алып келиши мүмкүн.

MIT илимпоздору бул технологиянын кеңири колдонулушу үчүн беш жыл талап кылынышы мүмкүн деп ойлошот, бирок келерки жылдын башында Samsung же Apple сыяктуу ири өндүрүүчүлөрдүн смартфондоруна орнотулган мындай батареяларды көрүүгө үмүттөнүшөт. Алар ошондой эле бул клеткалар үчүн телефондордон тышкары көптөгөн коммерциялык максаттар бар экенин белгилешти, анын ичинде ноутбуктар жана электр унаалары.

Бирок профессор Садоуэй технология өркүндөтүлгөнгө чейин дагы бир аз жол бар экенин эскертет. "Бизде абдан сонун көрүнгөн клетка бар, бирок бул абдан алгачкы күндөр... Бизде чоң масштабдагы, жогорку кубаттуулуктагы тыгыздыктагы электроддор менен клеткаларды жасай элекпиз."

Садоуэй бул жетишкендик дароо кеңири жайылат деп эсептейт, анткени ал электр энергиясын бир топ чоң диапазону менен күйгүзүү үчүн гана эмес, ошондой эле смартфондогу өрттүн алдын алуу мүмкүнчүлүгүнө ээ. Көпчүлүк өндүрүүчүлөр алардын коопсуздугуна жана ишенимдүүлүгүнө ынангандан кийин, анын катуу абалдагы батарейкалар беш жылга жетпеген убакыттын ичинде универсалдуу колдонулушу мүмкүн деген божомолу дагы таң калыштуусу.