Technologia baterii^(Battery) przeszła długą drogę przez lata. Gadżety, takie jak drony^(drones) i smartfony, byłyby niepraktyczne bez zaawansowanej, nowoczesnej technologii baterii. 

Jednak baterie zawsze mogą być lepsze! 

Baterie półprzewodnikowe wydają się być kolejnym wielkim postępem, a produkty, które ich używają, są tuż za rogiem. Oznacza to, że teraz jest idealny czas na zapoznanie się z tym, czym one są i dlaczego są ważne.

Co oznacza „Solidne państwo”?

Niezależnie od tego, czy jest to akumulator samochodowy kwasowo-ołowiowy, alkaliczne artykuły jednorazowego użytku, czy baterie litowo-polimerowe^{(lithium polymer batteries)} w telefonie, wszystkie one wykorzystują płynny elektrolit. Elektrolit jest substancją przewodzącą, która łączy dwa wewnętrzne zaciski akumulatora. Elektrony przepływają przez elektrolit, pozwalając akumulatorowi albo zgromadzić ładunek elektryczny, albo go rozładować.

Akumulator półprzewodnikowy wykorzystuje elektrolit stały zamiast tradycyjnego elektrolitu płynnego. To jedyna zasadnicza różnica między dwiema technologiami akumulatorów. Brzmi to dość prosto, ale inżynierowie i naukowcy od dziesięcioleci walczyli o stworzenie solidnego materiału, który mógłby działać jak elektrolit.

Co jest trudnego^(Hard) w bateriach półprzewodnikowych^{(Solid State)} ?

Różne materiały, takie jak ceramika i metale litowe, mają potencjał jako elektrolity w stanie stałym. Problem polega na tym, że ceramiczne podejście spowodowało słabą wydajność baterii. Metale litowe są obiecujące, ale mają fatalną wadę. Gdy akumulator jest ładowany i rozładowywany, metalowe „dendryty” wyrastają z elektrolitu. Akumulator może ulec zwarciu i stać się zagrożeniem.

Znalezienie praktycznych i ekonomicznie opłacalnych rozwiązań tych problemów było misją kilku firm i zespołów badawczych w ciągu ostatnich kilku lat. Teraz ta praca ma się opłacić. 

Po co przechodzić przez te wszystkie kłopoty? Przyjrzyjmy się korzyściom, jakie obiecują baterie półprzewodnikowe w porównaniu z tradycyjnymi.

Bezpieczeństwo

Baterie przechowują duże ilości energii i zawsze istnieje niebezpieczeństwo, że energia ta może zostać uwolniona w niekontrolowany sposób. Kiedy tak się dzieje, może to oznaczać pożar, wybuchy i inne niepożądane skutki. Baterie półprzewodnikowe, zakładając, że problem dendrytów został rozwiązany, obiecują być bezpieczniejsze i stabilniejsze. Po pierwsze, nie są łatwopalne, więc pożary baterii powinny być przeszłością.

Jest to ważne nie tylko w przypadku pojazdów elektrycznych, takich jak samochody i drony, ale także elektroniki osobistej, takiej jak smartfony i laptopy. Wiele osób co roku jest rannych w wyniku pożarów baterii w ich elektronicznych gadżetach. W rezultacie całe domy zostały doszczętnie spalone!

Szybkość ładowania

Nowoczesne akumulatory litowe mogą ładować się z imponującą prędkością^{(charge at impressive speeds)} , ale ich napełnienie nadal zajmuje dużo czasu. Istnieje limit energii, jaką można wlać do tradycyjnej baterii litowo-jonowej, zanim wszystko pójdzie na boki. Baterie półprzewodnikowe obiecują ładować nawet sześć razy szybciej niż baterie, których obecnie używamy. Oznacza to naładowanie telefonu od pustego do pełnego w ciągu pięciu minut lub charging an electric car to 80% in 15 .

Pojemność energetyczna i rozmiar

Baterie litowo-^(Lithium) jonowe mają obecnie najwyższą gęstość energii spośród wszystkich sprzedawanych na rynku baterii. Jednak wciąż jest wielokrotnie mniej gęsty niż benzyna. Chociaż baterie półprzewodnikowe nie dorównują akumulatorom gazowym, obiecują ponad dwukrotnie większą gęstość energii na objętość. 

Innymi słowy, jeśli zmienisz baterię w telefonie za pomocą modelu półprzewodnikowego, teoretycznie może on działać dwa razy dłużej bez zwiększania rozmiaru. To kolejna wielka zaleta pojazdów elektrycznych, które nie są tak popularne, jak mogłyby być, ze względu na niepokój o zasięg.

Żywotność i trwałość

Większość obecnych akumulatorów litowo-jonowych zaczyna ulegać degradacji po około 500 pełnych cyklach ładowania i rozładowania. Po tym momencie bateria zaczyna tracić swoją pojemność^{(battery begins to lose its capacity)} , aż ledwo może utrzymać ładunek. W smartfonach, które obecnie mają zwykle szczelne baterie, oznacza to twardą granicę żywotności urządzenia. Baterie półprzewodnikowe obiecują znacznie zwiększyć ten limit. Aż pięć razy. 

Tak więc, gdy typowa bateria telefonu codziennego użytku może zacząć się pogarszać po dwóch do trzech latach, bateria półprzewodnikowa utrzyma swoją pojemność znamionową nawet przez piętnaście lat^{(fifteen years)} . W samochodach elektrycznych, w których wymiana akumulatorów jest niezwykle kosztowna, może to mieć dramatyczny wpływ na koszty posiadania pojazdów tej klasy. 

Słabe strony baterii półprzewodnikowych

Jeśli to wszystko brzmi zbyt dobrze, aby mogło być prawdziwe, istnieje kilka zastrzeżeń dotyczących technologii. Niektóre z nich nadal wymagają rozwiązania, zanim nastąpi powszechne przyjęcie technologii akumulatorów półprzewodnikowych.

• Koszt^{(Cost )} jest prawdopodobnie największym wrogiem. Zespoły badawcze^(Research) i firmy rozpoczynające działalność intensywnie pracują nad tym, aby proces produkcji tych akumulatorów był tańszy i skalowalny. Niektóre firmy twierdzą, że są blisko, ale nie dowiemy się, jak odniosły sukces, dopóki nie zobaczymy rzeczywistych cen produktów z tymi bateriami.

• Akumulatory te zmagają się również z niskimi temperaturami^{(struggle at low temperatures)} . Dlatego też częścią wyzwania są rozwiązania polegające na ich zaizolowaniu lub utrzymywaniu w dobrej temperaturze roboczej.

Kiedy można kupić baterie półprzewodnikowe ?^{(Solid State)}

Istnieje kilka firm, takich jak Solid Power i QuantumScape , które twierdzą, że znajdują się u szczytu komercyjnych zastosowań baterii półprzewodnikowych. 

Toyota planuje wprowadzić do sprzedaży pojazdy elektryczne na baterie półprzewodnikowe już w 2021 roku⁽²⁰²¹⁾ . Zarówno Solid Power , jak i QuantumScape dążą do wprowadzenia akumulatorów do pojazdów odpowiednio w 2022 i 2024 roku. Oznacza to, że w ciągu najbliższych kilku lat możemy być na początku rewolucji akumulatorowej. 

To jeszcze zanim przejdziemy do możliwości, jakie daje użycie grafenu. Ten cudowny materiał obiecuje jeszcze lepsze akumulatory, niezależnie od tego, czy zawierają w sobie elektrolity płynne, czy stałe. Wprowadzenie grafenu do gry w piłkę wymykało się naukowcom i inżynierom dłużej niż oczekiwano, ale już teraz możesz kupić hybrydowy powerbank grafenowy^{(hybrid graphene powerbank)} . Naprawdę^(Truly) , przyszłość jest tutaj.

What Are Solid State Batteries and Why Are They Important?

Battery technology has come a long way over the yearѕ. Gadgets like drones and smartphones would be impractical without advanced modern battery technology. 

However, batteries could always be better! 

Solid state batteries seem to be the next big advancement and products that use them are around the corner. This means now is the perfect time to familiarize yourself with what they are and why they’re important.

What Does “Solid State” Mean?

Whether it’s a lead acid car battery, alkaline disposables, or lithium polymer batteries in a phone, they all use a liquid electrolyte. The electrolyte is a conductive substance that connects the two internal terminals of the battery. Electrons flow through the electrolyte, allowing the battery to either build up an electrical charge or to discharge it.

A solid state battery uses a solid electrolyte, instead of the traditional liquid electrolyte. That’s the only fundamental difference between the two battery technologies. It sounds simple enough, but engineers and scientists have been struggling for decades to come up with a solid material that can act as an electrolyte.

What’s Hard About Solid State Batteries?

Various materials, such as ceramics and lithium metals, offer potential as solid state electrolytes. The problem is that the ceramic approach has resulted in poor battery performance. Lithium metals are promising, but have a fatal flaw. As the battery is charged and discharged, metal “dendrites” grow through the electrolyte. The battery can short-circuit and turn into a hazard.

Finding practical and economically viable solutions to these issues has been the mission of several companies and research teams over the past few years. Now that work is about to pay off. 

Why go through all this trouble? Let’s look at the benefits that solid state batteries promise over traditional ones.

Safety

Batteries store large amounts of energy and there’s always a danger that this energy can be released in an uncontrolled way. When that happens, it can mean fire, explosions and other unwanted outcomes. Solid state batteries, assuming the dendrite issue is resolved, promise to be safer and more stable. For one thing, they aren’t flammable, so battery fires should be a thing of the past.

This is not only important for electric vehicles such as cars and drones, but also for personal electronics such as smartphones and laptops. Many people are injured every year by battery fires in their electronic gadgets. Entire houses have been burned to the ground as a result!

Recharge Speed

Modern lithium batteries can charge at impressive speeds, but they still take a long time to fill up. There’s a limit to how much energy you can pour into a traditional lithium ion battery before it all goes sideways. Solid state batteries promise to charge as much as six times faster than the batteries we currently use. That means charging up your phone from empty to full in five minutes or charging an electric car to 80% in 15.

Energy Capacity and Size

Lithium ion batteries currently have the highest energy density of any battery type sold to the public. Yet it’s still many times less dense than gasoline. While solid state batteries don’t bring batteries up to par with gas, it does promise to more than double the energy density per volume. 

In other words, if you changed the battery in your phone using a solid state model, it could theoretically run twice as long without increasing in size. This is yet another big selling point for electric vehicles, which aren’t as popular as they could be, thanks to range anxiety.

Lifespan and Durability

Most current lithium ion batteries start to degrade after about 500 full charge-discharge cycles. After that point the battery begins to lose its capacity until it can barely hold a charge at all. In smartphones, which now tend to have sealed batteries, this puts a hard limit on device lifespan. Solid state batteries promise to greatly increase that limit. As much as five times. 

So, where a typical daily-use phone battery might start to degrade after two to three years, a solid state battery would remain at its rated capacity for up to fifteen years. In electric cars, where the replacement of batteries is extremely costly, that could have a dramatic effect on the cost of ownership for this class of vehicles. 

Solid State Battery Weaknesses

If this all sounds too good to be true, there are a few caveats to the technology. Some of these still need to be solved before widespread adoption of solid state battery technology is achieved.

• Cost is perhaps the greatest foe. Research teams and startup companies are working hard on making the production process for these batteries cheaper and scalable. Some companies claim to be close, but we won’t know how successful they’ve been until we see the actual prices on products with these batteries.

• These batteries also struggle at low temperatures. Therefore, solutions that involve insulating them or keeping them at a good operational temperature are part of the challenge.

When Can You Buy Solid State Batteries?

There are a few companies like Solid Power and QuantumScape, which claim to be at the cusp of commercial solid state battery applications. 

Toyota plans to have solid state battery electric vehicles for sale as early as 2021. Both Solid Power and QuantumScape are aiming for a rollout of batteries for vehicles in 2022 and 2024 respectively.  This means that in the next couple of years we could be right at the start of a battery revolution. 

That’s before we even get into the possibilities that come from using graphene. This wonder material promises even better batteries, whether they have liquid or solid electrolytes in them. Getting graphene to play ball has eluded scientists and engineers for longer than expected, but you can already buy a hybrid graphene powerbank right now. Truly, the future is here.

Related posts

• Przewodnik dla kupujących dyski SSD (Solid State Drive) na rok 2019

• Dlaczego My Amazon jest po hiszpańsku? Język i inne ważne ustawienia

• 3 sposoby na zrobienie zdjęcia lub filmu na Chromebooku

• Jak wykryć oprogramowanie do monitorowania komputera i poczty e-mail lub oprogramowanie szpiegujące?

• Technologia płaskich wyświetlaczy bez tajemnic: TN, IPS, VA, OLED i więcej

• Co to jest tryb Discord Streamer i jak go skonfigurować?

• Jaka jest ocena pasażera Ubera i jak ją sprawdzić

• Czy Twój komputer włącza się losowo sam?

• Jak wyciszyć kogoś na Discord

• Jak podzielić ekran na Chromebooku

• Jak podzielić klip w Adobe Premiere Pro

• Najlepsze ustawienia aparatu do portretów

• Jak naprawić kod błędu Hulu RUNUNK13

• Jak znaleźć wspomnienia na Facebooku

• Czy możesz zmienić swoje imię na Twitchu? Tak, ale bądź ostrożny

• Jak przesyłać do Roku TV z komputera lub telefonu komórkowego?

• 10 najlepszych sposobów zabezpieczenia komputera przed dziećmi

• Jak korzystać z funkcji WYSZUKAJ.PIONOWO w Arkuszach Google

• Jak otworzyć plik bez rozszerzenia

• Jak pozbyć się Yahoo Search w Chrome