Kuidas on pooljuhtakud võrreldavad liitiumioonakudega?

Tahkispatareidpakuvad liitiumioonakudest kaks korda suuremat energiatihedust, suurendades turvalisust ja pikendades eluiga. Need näitavad suuremat vastupidavust suurte koormuste korral ja toimivad paremini laiemas temperatuurivahemikus.

Tahkisakud laevad kiiremini ja kestavad kauem

Võrreldes traditsiooniliste liitiumioonakudega laevad tahkisakud kiiremini, töötavad madalamatel temperatuuridel ja salvestavad väiksemas ruumis rohkem energiat.

Need akud asendavad tuleohtlikud vedelikud tavalistes elementides ohutumate ja tõhusamate tahkete materjalidega. Kui praegustel akudel võib 80%-lise laetuse saavutamiseks kuluda 30–45 minutit, siis pooljuhtakud võivad seda vähendada 12 minutini – mõnel juhul ka vaid 3 minutini.

Masinaehituse professor selgitas, et need eelised tulenevad lõppkokkuvõttes keemiast ja inseneriteadusest. "Vedeliku eemaldamise ja stabiilsete tahkete materjalide kasutamisega saame akusse korraga ohutult rohkem võimsust pakkida ilma ülekuumenemise või tulekahju ohuta," ütles ta.

Traditsioonilised liitiumioonakud liigutavad liitiumioone – elektrilaengut kandvaid osakesi – läbi vedela elektrolüüdi. Kuid see vedelik laguneb aja jooksul, piirates laadimiskiirust ja kujutades endast tuleohtu. Tahkisakud kasutavad tahkeid materjale, luues liitiumioonide liikumiseks turvalisema ja stabiilsema keskkonna. See võimaldab kiiremat ja tõhusamat laadimist vähemate ohutusprobleemidega.

Nende patareide sees olevat tahket materjali nimetatakse tahkis-elektrolüüdiks.

Ülevaates tuuakse esile kolm peamist tüüpi: sulfiidipõhine, oksiidipõhine ja polümeeripõhine. Igal tüübil on selged eelised: mõned võimaldavad ioonidel kiiremini liikuda, teised pakuvad paremat pikaajalist stabiilsust või neid on lihtsam valmistada. Nende hulgas paistavad silma sulfiidelektrolüüdid, mis toimivad peaaegu sama hästi kui praeguste akude vedelikud ilma nende puudusteta.

Tahkispatareidkipuvad ka liitiumit tõhusamalt kasutama. Paljudel disainilahendustel on liitiummetallikihid, mis salvestavad rohkem energiat väiksemas ruumis kui praegustes akudes kasutatavad grafiidikihid. See tähendab, et tahkisakud võivad olla kergemad ja väiksemad, samal ajal kui seadmeid toidetakse sama kaua või isegi kauem.

Selle ülevaate eesmärk on juhendada teadlasi ja insenere tahkissüsteemide arendamise, mastaapsuse ja praktilise kasutuselevõtu kiirendamisel.

Väljakutsed aga jäävad. Nende akude masstootmine on endiselt keeruline ja kulukas. Allpool on välja toodud nende probleemide lahendamise tegevuskava, mis hõlmab paremate materjalide väljatöötamist, akukomponentide koostoime parandamist ja tootmistehnikate täiustamist tootmise lihtsustamiseks.

Uued elektrolüütide materjalid

Naatriumioonakud: teadlased uurivad naatriumioon-alternatiive, mis pakuvad potentsiaalset kulutõhusust, säilitades samal ajal tahke oleku eelised.

Keraamilised komposiidid: neil materjalidel on tavapäraste elektrolüütidega võrreldes suurem stabiilsus ja vastupidavus, mistõttu on need pideva uurimistöö keskmes.

Tootmise uuendused

3D-printimine: see meetod võimaldab keerukaid struktuure, parandades aku jõudlust ja vähendades materjali raiskamist.

Rull-rulli töötlemine: selle skaleeritava tootmismeetodi eesmärk on vähendada tootmiskulusid, muutes tahkispatareid erinevate rakenduste jaoks kättesaadavamaks.

Akuhaldussüsteemid (BMS)

Nutikad tehnoloogiad: täiustatud BMS-tehnoloogia optimeerib laadimistsükleid, jälgides aku tervist, pikendades oluliselt eluiga. Otsige süsteeme, mis tasakaalustavad laadimise ja tühjenemise määra, et maksimeerida aku seisundit.

Järeldus

Tahkispatareidsillutavad teed uuele ajastule energia salvestamise vallas. Nende muljetavaldav pikaealisus ja vastupidavus pakuvad paljutõotavat alternatiivi traditsioonilistele liitium-ioonakudele. Mõistes nende eluiga mõjutavaid tegureid, saate teha teadlikke otsuseid nende seadmetes kasutamisel.