เนื้อหา

• ประหยัดพื้นที่
• ช่วงชีวิตอีกต่อไป
• ประเภทของอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตต
• แบตเตอรี่แบบฟิล์มบาง
• แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้น
• เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูง
• สรุป

สองสามสัปดาห์ที่ผ่านมาคริสแนะนำให้เรารู้จักกับหัวข้อของแบตเตอรี่โซลิดสเตตและวิธีที่พวกเขาจะเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีแบตเตอรี่สมาร์ทโฟน กล่าวโดยย่อแบตเตอรี่โซลิดสเตตนั้นปลอดภัยกว่าสามารถบรรจุในน้ำผลไม้ได้มากขึ้นและสามารถใช้กับอุปกรณ์ที่บางกว่าได้ น่าเสียดายที่ตอนนี้มีราคาแพงที่ต้องใส่ลงในเซลล์สมาร์ทโฟนขนาดกลางตอนนี้ แต่อาจมีการเปลี่ยนแปลงในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า

ดังนั้นหากคุณสงสัยว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตทคืออะไรและมีความแตกต่างอย่างไรกับเซลล์ลิเธียมไอออนในปัจจุบัน

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้กันทั่วไปและแบตเตอรี่โซลิดสเตตคืออดีตใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์เหลวเพื่อควบคุมการไหลของกระแสในขณะที่แบตเตอรี่โซลิดสเตตเลือกใช้อิเล็กโทรไลต์โซลิด อิเล็กโทรไลต์ของแบตเตอรี่เป็นส่วนผสมทางเคมีนำไฟฟ้าที่ช่วยให้การไหลของกระแสระหว่างขั้วบวกและแคโทด

แบตเตอรี่โซลิดสเตตยังคงทำงานในลักษณะเดียวกับแบตเตอรี่ปัจจุบัน แต่การเปลี่ยนแปลงวัสดุจะเปลี่ยนคุณลักษณะบางอย่างของแบตเตอรี่รวมถึงความจุสูงสุดเวลาการชาร์จขนาดและความปลอดภัย

กระแสภายในแบตเตอรี่ผ่านระหว่างขั้วบวกและขั้วลบผ่านอิเล็กโทรไลต์นำไฟฟ้าขณะที่ตัวแยกจะถูกใช้เพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร

ประหยัดพื้นที่

ประโยชน์ทันทีของการเปลี่ยนจากของเหลวเป็นอิเล็กโทรไลต์แข็งคือความหนาแน่นพลังงานของแบตเตอรี่สามารถเพิ่มขึ้นได้ นี่เป็นเพราะแทนที่จะต้องการตัวคั่นขนาดใหญ่ระหว่างเซลล์ของเหลวแบตเตอรี่โซลิดสเตตนั้นต้องการเพียงกำแพงกั้นที่บางมากเพื่อป้องกันการลัดวงจร

แบตเตอรี่โซลิดสเตตสามารถบรรจุพลังงานได้มากถึงสองเท่าของ Li-ion

ตัวแยกแบตเตอรีแบบเปียกเหลวทั่วไปมีความหนา 20-30 ไมครอน เทคโนโลยีโซลิดสเตตสามารถลดตัวคั่นลงได้ถึง 3-4 ไมครอนแต่ละประหยัดพื้นที่ 7 เท่าโดยเพียงแค่เปลี่ยนวัสดุ

อย่างไรก็ตามตัวแยกเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงส่วนประกอบภายในแบตเตอรีและบิตอื่น ๆ เท่านั้นที่ไม่สามารถลดขนาดลงได้มากนักทำให้ข้อ จำกัด ด้านศักยภาพการประหยัดพื้นที่ของแบตเตอรี่โซลิดสเตต

ถึงกระนั้นก็ตามแบตเตอรี่โซลิดสเตตก็สามารถบรรจุพลังงานได้มากถึงสองเท่าของ Li-ion เมื่อทำการเปลี่ยนขั้วบวกด้วยทางเลือกที่เล็กกว่าเช่นกัน

ช่วงชีวิตอีกต่อไป

โซลิดสเตตอิเล็กโทรไลต์โดยปกติจะมีปฏิกิริยาน้อยกว่าของเหลวหรือเจลในปัจจุบันดังนั้นจึงสามารถคาดหวังได้ว่าจะมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่หลังจากใช้เวลาเพียง 2 หรือ 3 ปี ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่เหล่านี้จะไม่ระเบิดหรือลุกไหม้หากแบตเตอรี่ได้รับความเสียหายหรือได้รับความเสียหายจากการผลิตซึ่งหมายถึงผลิตภัณฑ์ที่ปลอดภัยสำหรับผู้บริโภค

แบตเตอรี่โซลิดสเตตจะไม่ระเบิดหรือลุกไหม้หากได้รับความเสียหายหรือได้รับความเสียหายจากการผลิต

ในสมาร์ทโฟนปัจจุบันแบตเตอรี่ที่เปลี่ยนได้มักจะถูกค้นหาเพื่อผู้ที่ต้องการใช้โทรศัพท์เครื่องเดียวกันเป็นเวลาหลายปีเนื่องจากสามารถเปลี่ยนได้เมื่อพวกเขาเริ่มพังทลาย

แบตเตอรี่สมาร์ทโฟนมักจะไม่เก็บค่าใช้จ่ายหลังจากผ่านไปประมาณหนึ่งปีและอาจทำให้ฮาร์ดแวร์ไม่เสถียรรีเซ็ตหรือหยุดทำงานหลังจากใช้งานมานานหลายปี ด้วยแบตเตอรี่โซลิดสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์อื่น ๆ อาจใช้งานได้นานขึ้นโดยไม่ต้องเปลี่ยนเซลล์ใหม่

มีสารเคมีที่เป็นของแข็งมากมายที่สามารถนำมาใช้ในแบตเตอรี่ได้

การพูดถึงของเหลวและแบตเตอรี่แข็งเป็นการทำให้ตัวแบบใหญ่เกินไปเนื่องจากมีสารเคมีที่เป็นของแข็งมากมายที่สามารถใช้ในแบตเตอรี่ไม่ใช่แค่ตัวเดียว

ประเภทของอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตต

แบตเตอรี่โซลิดสเตตมีแปดประเภทที่แตกต่างกันซึ่งแต่ละชนิดใช้วัสดุที่แตกต่างกันสำหรับอิเล็กโทรไลต์ เหล่านี้คือ Li-Halide, Perovskite, Li-Hydride, NASICON, Garnet, Argyrodite, LiPON และ LISICON

ในขณะที่เรากำลังจัดการกับเทคโนโลยีที่เกิดขึ้นใหม่นักวิจัยยังคงเข้ามาจับกับอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตตชนิดที่ดีที่สุดเพื่อใช้สำหรับผลิตภัณฑ์ประเภทต่างๆ ยังไม่มีใครออกมาเป็นผู้นำที่ชัดเจนในขณะนี้ แต่เซลล์ LiPON และ Garnet ที่ใช้ซัลไฟด์นั้นถูกมองว่ามีแนวโน้มดีที่สุด

คุณอาจสังเกตเห็นว่าหลายประเภทเหล่านี้ยังคงเป็นลิเธียม (Li) ในบางเรื่องเนื่องจากยังคงใช้ลิเธียมอิเล็กโทรด แต่หลายคนเลือกที่จะใช้วัสดุขั้วบวกและขั้วลบใหม่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ

แบตเตอรี่แบบฟิล์มบาง

แม้จะอยู่ในประเภทโซลิดสเตตของแบตเตอรี่ก็ยังมีชนิดย่อยที่ชัดเจนสองชนิดคือฟิล์มบางและก้อนขนาดใหญ่ หนึ่งในประเภทฟิล์มบางที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดที่มีอยู่ในตลาดคือ LiPON ซึ่งผู้ผลิตส่วนใหญ่ผลิตโดยใช้ลิเธียมแอโนด

อิเล็กโทรไลต์ LiPON นำเสนอน้ำหนักความหนาและคุณสมบัติความยืดหยุ่นที่ยอดเยี่ยมทำให้เป็นชนิดเซลล์ที่มีแนวโน้มสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้และอุปกรณ์ที่ต้องใช้เซลล์ขนาดเล็ก ย้อนกลับไปยังเรื่องของเซลล์ที่ยืนยาว LiPON ยังแสดงให้เห็นถึงความเสถียรที่ยอดเยี่ยมด้วยการลดความจุเพียง 5% หลังจาก 40,000 รอบการชาร์จ

แบตเตอรี่ LiPON สามารถใช้ได้นานกว่าแบตเตอรี่ Li-ion 40 ถึง 130 เท่าก่อนที่จะต้องเปลี่ยนใหม่

สำหรับการเปรียบเทียบแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนให้เฉพาะระหว่าง 300 และ 1,000 รอบก่อนที่จะแสดงความจุที่ลดลงหรือมากกว่า ซึ่งหมายความว่าแบตเตอรี่ LiPON สามารถอยู่ได้นานกว่าแบตเตอรี่ Li-ion 40 ถึง 130 เท่าก่อนที่จะต้องเปลี่ยนใหม่

ข้อเสียของ LiPON คือความสามารถในการจัดเก็บพลังงานทั้งหมดและการนำไฟฟ้าค่อนข้างแย่เมื่อเปรียบเทียบ อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตตแบบทางเลือกอาจเป็นกุญแจสำคัญในการนำอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ยาวนานขึ้นไปสู่สมาร์ทวอทช์ซึ่งขณะนี้ลูกค้าจำนวนมากไม่สามารถสวมใส่ได้

แบตเตอรี่ขนาดใหญ่ขึ้นและใหญ่ขึ้น

จนถึงขณะนี้แบตเตอรี่โซลิดสเตตยังไม่เหมาะสำหรับเซลล์ขนาดใหญ่ที่พบในสมาร์ทโฟนและแท็บเล็ตไม่ว่าจะเป็นแล็ปท็อปหรือรถยนต์ไฟฟ้า สำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตขนาดใหญ่ที่มีความจุสูงจำเป็นต้องมีการนำไฟฟ้าที่ใกล้เคียงหรือตรงกับอิเล็กโตรไลต์ของเหลวซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเทคโนโลยี LiPON การนำไอออนิกวัดความสามารถของไอออนในการเคลื่อนที่ผ่านวัสดุและการนำความร้อนที่ดีนั้นเป็นข้อกำหนดของเซลล์ขนาดใหญ่เพื่อให้แน่ใจว่ามีกระแสไฟฟ้าที่ต้องการ

LISICON และ LiPS ได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่ LiPO, LiS และ SiS ซึ่งเป็นผู้นำคนก่อนหน้านี้ในสาขาโซลิดสเตต อย่างไรก็ตามประเภทนี้ยังคงมีการนำไฟฟ้าต่ำกว่าอิเล็กโทรไลต์อินทรีย์และของเหลวที่อุณหภูมิห้องทำให้ไม่สามารถใช้งานได้กับผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์

เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสูง

นี่คือที่ซึ่งการวิจัยเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์ของการ์เน็ทออกไซด์ (LLZO) เข้ามาเนื่องจากมีความสามารถในการนำไอออนสูงที่อุณหภูมิห้อง

วัสดุนี้ได้รับการนำไฟฟ้าที่อยู่เบื้องหลังผลลัพธ์เล็กน้อยที่เสนอโดยเซลล์ลิเธียมไอออนเหลวและการศึกษาใหม่ใน LGPS แนะนำว่าวัสดุนี้สามารถจับคู่ได้

นี่หมายถึงแบตเตอรี่โซลิดสเตตที่มีกำลังและความจุเท่ากับเซลล์ Li-ion ในปัจจุบันในขณะที่เห็นประโยชน์เช่นขนาดที่ลดลงและอายุการใช้งานที่ยาวนานกลายเป็นความจริง

โกเมนยังมีความเสถียรในอากาศและน้ำทำให้เหมาะสำหรับแบตเตอรี่ Li-Air เช่นกัน น่าเสียดายที่ต้องประดิษฐ์โดยใช้กระบวนการเผาที่มีราคาแพง

ปัจจุบันนี้เป็นข้อเสนอที่ไม่น่าสนใจสำหรับใช้ในแบตเตอรี่ผู้บริโภคเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ลิเธียมไอออนที่มีราคาถูก ในอนาคตค่าใช้จ่ายน่าจะลดลงเนื่องจากเทคนิคการผลิตได้รับการขัดเกลา แต่เราก็ยังห่างจากแบตเตอรี่โซลิดสเตตที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์

สรุป

เห็นได้ชัดว่ายังคงมีงานวิจัยมากมายเกี่ยวกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตต เราจะไม่เห็นเซลล์ที่เป็นผู้ใหญ่นำไปสู่ผลิตภัณฑ์ผู้บริโภคเช่นสมาร์ทโฟนอีก 4 หรือ 5 ปีตามการคาดการณ์ที่เร็วที่สุด แบตเตอรี่โซลิดสเตตในอุปกรณ์อื่น (เช่นโดรน) อาจปรากฏขึ้นทันทีในปีหน้า

ถึงกระนั้นการวิจัยล่าสุดก็สร้างผลลัพธ์ที่สามารถแข่งขันกับแบตเตอรี่ li-ion ที่มีอยู่ในแง่ของคุณลักษณะในขณะที่ยังให้ประโยชน์ของอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตต สิ่งที่เราต้องการคือกระบวนการผลิตที่จะเติบโตและมีผู้ผลิตแบตเตอรี่ขนาดใหญ่และกำลังจะมาพร้อมกับทรัพยากรเพื่อทำให้สิ่งนี้เป็นจริง

สรุปแล้วประโยชน์ที่สำคัญของความแตกต่างทางเคมีเหล่านี้จากมุมมองของผู้บริโภคคือ: ชาร์จเร็วขึ้น 6 เท่า, เพิ่มความหนาแน่นของพลังงานได้สองเท่า, อายุการใช้งานยาวนานขึ้นถึง 10 ปีเมื่อเทียบกับ 2 และไม่มีส่วนประกอบที่ติดไฟได้ แน่นอนว่าจะเป็นประโยชน์สำหรับสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์พกพาอื่น ๆ