211service.com
Bezpečnější baterie s delší výdrží
Zatímco nedávné masivní stahování upozornilo na bezpečnostní obavy lithium-iontových baterií, dnešní technologie baterií mají ve skutečnosti řadu slabin. Při poškození, přebití nebo přehřátí mohou baterie explodovat (viz Bezpečnější lithium-iontové baterie ). Ale také z nich uniká energie a ztrácejí výkon a životnost, jsou-li použity v extrémních teplotách, řekněme v zimním dni v Iowě nebo při vlně veder v Arizoně.
Tenkovrstvé baterie s dlouhou životností by mohly napájet lékařské implantáty a dálkové senzory po celá desetiletí a nakonec by mohly být použity v elektrických vozidlech.
Brzy bude komerčně dostupný nový typ dobíjecí baterie, který tyto problémy překoná. Ale za cenu.
Tyto nové baterie nahrazují tekutý nebo gelový elektrolyt tenkými vrstvami pevných sklu podobných nebo polymerních materiálů, které jsou stabilnější. Nic nemůže unikat, nic nemůže zamrznout, nic se nemůže vařit, prasknout nebo explodovat, říká Tim Bradow, viceprezident pro obchodní rozvoj společnosti Infinite Power Solutions of Golden, CO, předního vývojáře tenkovrstvých baterií.
V baterii elektrolyt umožňuje kladným iontům pohybovat se z jedné elektrody na druhou, přičemž nutí elektrony, aby cestovaly vnějším obvodem a poskytovaly energii. Bradowova společnost a hrstka dalších používají pevný sklovitý elektrolyt, který ukládají jako jednu z řady plochých vrstev, které tvoří baterii.
Kromě toho, že je tento pevný materiál bezpečnější, umožňuje vývojářům používat elektrody z čistého lithiového kovu, což má potenciál výrazně zvýšit skladovací kapacitu. Baterie mohou přežít extrémní chlad a teplo, což znamená, že by například mohly být zabudovány do pryžových pneumatik pro napájení senzorů tlaku vzduchu, říká John Bates, technický ředitel společnosti Oak Ridge Micro-Energy v Tennessee.
Tenkovrstvé články lze také skladovat po desetiletí a udržet si téměř veškerý svůj náboj, říkají vývojáři – a dodat silný příval energie, když je konečně potřeba. A v mnoha aplikacích je lze aktivně používat po celá desetiletí, protože je lze nabít a vybít desítky tisíckrát.
Díky těmto vlastnostem jsou tenkovrstvé baterie ideální pro některé nové technologie. Dálkové senzory, které zachycují nepatrná množství energie z vibrací, rádiových přenosů nebo světla, vyžadují baterie, které dokážou tuto mikrozásobu energie uchovat, aniž by ji časem unikaly. A vzdálené senzory potřebují vysoce výkonné impulsy, které mnohé z těchto buněk dokážou dodat, aby mohly odesílat data prostřednictvím rádiových signálů do centrální stanice.
Schopnost napájet rádiový přenos je také důležitá pro budoucí lékařské implantáty, které budou dodávat léky nebo měřit hladiny glukózy. A tyto aplikace budou také těžit z dlouhé životnosti baterií; lze je dobíjet a vybíjet po mnoho let, čímž odpadá nutnost chirurgického zákroku k jejich výměně. Je to perfektní druh baterie pro napájení jakéhokoli RF zařízení, protože je pulzní – okamžité zapnutí a poté přejde do režimu spánku, říká Bradow. To naše baterie miluje a ostatní baterie nenávidí. Jeho společnost plánuje zahájit sériovou výrobu svých baterií v příštím roce.
Nicméně tenkovrstvé baterie nemusí být volbou nové generace pro většinu notebooků. Je to proto, že procesy používané k jejich výrobě, jako je fyzická depozice par, jsou stále příliš drahé na výrobu velkých baterií. Také tyto baterie, které mohou mít tloušťku pouhé jedné desetiny milimetru, každá pojme pouze mikromnožství energie – jen jednu tisícinu množství v dnešních bateriích notebooků. I když by mohly být stohovány, aby poskytovaly adekvátní skladovací kapacitu, vrstvy obalu oddělující aktivní materiály v každé baterii by rušily jejich kapacitní výhody. To znamená, že by pravděpodobně stály více, ale ne nutně menší.
První aplikace, například v balíčcích průmyslových senzorů ve vysokoteplotních zařízeních nebo ropných vrtech, budou takové, ve kterých jsou kupující ochotni zaplatit 100 dolarů za kus za baterie, které splňují jejich potřeby. Bradow říká, že jejich baterie by mohly být vyrobeny za mnohem menší náklady ve velkých objemech, ale nakonec by byly praktické pro distribuované senzorové sítě.
Navzdory současným nevýhodám tenkovrstvých baterií Donald Sadoway, profesor chemie materiálů na MIT, říká, že některé jejich verze budou v budoucnu napájet notebooky – a elektrická vozidla. Podle jeho názoru je jejich klíčovou výhodou kromě bezpečnosti to, že umožňují použití čistého lithia v jedné z elektrod, což není možné pomocí kapalných elektrolytů: Pokud můžete přejít na lithium, dosáhli jste maximálního v anodové kapacitě, říká.
Na rozdíl od sklu podobného elektrolytu, který používá Infinite Power Solutions a další, Sadoway vyvinul pevný polymerní elektrolyt (dnešní lithium-iontové polymerové baterie používají gel) pro použití v tenkovrstvých bateriích. Tento elektrolyt, říká, by mohl být zpracován v rolích, jako jsou noviny, nebo nějaký jiný vysoce výkonný proces. Takový proces pro tenkovrstvé baterie, ačkoli není nyní průmyslově vyvíjen, by mohl snížit náklady, říká, zatímco inovativní způsoby balení elektrod by mohly snížit velikost. V laboratoři jsme vyrobili baterie, které mají 300 watthodin na kilogram, říká. To je dvakrát nejlepší lithium-iontová [baterie] na současném trhu.