Báwo ni Batiri Ipinle Solid ṣe n ṣiṣẹ

Àwọn bátírì ìpele tó lágbára ń ṣiṣẹ́ nípa lílo electrolyte tó lágbára, èyí tó ṣe pàtàkì láti mọ bí bátírì ìpele tó lágbára ṣe ń ṣiṣẹ́. Elektrolyte tó lágbára yìí ń jẹ́ kí àwọn ion rìn dáadáa láàárín àwọn elektrolyte, èyí tó ń mú kí bátírì náà wà ní ààbò, tó sì ń jẹ́ kí ó lè tọ́jú agbára púpọ̀ sí i. Fún àpẹẹrẹ, àwọn elektrolyte tó lágbára tó dá lórí sulfide ní agbára ìṣiṣẹ́ ionic tó dára, pẹ̀lú àwọn ìwọ̀n tó ju 10^-2 S/cm lọ. Agbára tó wà nínú àwọn bátírì wọ̀nyí sábà máa ń bẹ̀rẹ̀ ní 400–500 Wh/kg, ó sì lè kọjá 1000 Wh/kg.

Àwọn Ohun Tí A Yàn Pàtàkì

• Àwọn bátírì onípele líle ní electrolyte tó lágbára. Èyí máa ń gbé àwọn ion náà lọ láìléwu àti kíákíá. Wọ́n ní ààbò àti agbára ju àwọn bátírì déédé lọ.

• Àwọn bátírì wọ̀nyí máa ń gba agbára púpọ̀ sí i. Wọ́n máa ń gba agbára kíákíá, wọ́n sì máa ń ṣiṣẹ́ fún ìgbà pípẹ́. Èyí máa ń jẹ́ kí àwọn ẹ̀rọ náà kéré sí i, wọ́n máa ń fẹ́ẹ́rẹ́, wọ́n sì máa ń ṣeé gbẹ́kẹ̀lé.

• Àwọn bátírì onípele-solid ṣì ní ìṣòro. Wọ́n náwó púpọ̀, wọ́n sì ṣòro láti ṣe. Àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ń ṣiṣẹ́ láti yanjú àwọn ìṣòro wọ̀nyí. Láìpẹ́, àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ àti ẹ̀rọ iná mànàmáná púpọ̀ lè lò wọ́n.

Kí ni àwọn bátìrì oní-ipò?

Awọn batiri ipo-lile ní ohun èlò líle tí ó ń gbé àwọn ion. Kò sí omi nínú àwọn bátìrì wọ̀nyí. Wọ́n ń lo àwọn nǹkan bí electrolytes tí a fi sulfide ṣe tàbí àwọn èròjà gbígbẹ tí a fi bo. Èyí mú kí bátìrì náà ní ààbò àti ìdúróṣinṣin.

O le beere bawo ni awọn batiri wọnyi ṣe yatọ si awọn ti o wa ninu foonu tabi kọǹpútà alágbèéká rẹ. Awọn batiri lithium-ion deede lo ohun elo elektrolyte olomi. Omi yii le jo tabi gba ina ti batiri ba ya. Awọn batiri ti o ni ipo lile ko ni iṣoro yii. Ohun elo ti o ni agbara ko jo ati pe o le mu ooru dara julọ.

Eyi ni tabili ti o rọrun lati fihan awọn iyatọ akọkọ:

Àwọn bátírì onípele tó lágbára lè kó agbára pamọ́ kí ó sì pẹ́ tó. Àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì máa ń lo àwọn irinṣẹ́ àti àyẹ̀wò pàtàkì láti fi hàn pé àwọn bátírì wọ̀nyí ń ṣiṣẹ́ dáadáa jù àti pé wọ́n ní ààbò. Tí o bá lo àwọn nǹkan pẹ̀lú bátírì onípele tó lágbára, o máa ń ní agbára púpọ̀ sí i nínú bátírì tó kéré sí i, tó sì ní ààbò.

Àmọ̀ràn: Bí ìmọ̀ ẹ̀rọ ṣe ń sunwọ̀n sí i, o máa rí àwọn bátìrì tó lágbára nínú ọ̀pọ̀lọpọ̀ nǹkan bíi fóònù àti ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ oníná.

Báwo ni batiri ipinle to lagbara ṣe n ṣiṣẹ

Àwọn bátìrì tó lágbára yàtọ̀ sí àwọn bátìrì tó wà déédéé. Wọ́n ní apá mẹ́ta pàtàkì: anode, kathode, àti solid electrolyte. Elektrolyte tó lágbára wà láàárín anode àti kathode. Ó jẹ́ kí àwọn ion máa rìn ṣùgbọ́n ó ń dá àwọn elektron dúró. Èyí ń ran bátìrì lọ́wọ́ láti tọ́jú àti láti fún ní agbára láìsí ewu.

Nígbà tí o bá gba agbára bátìrì, Àwọn ion lítíọ́mù fi kátódì sílẹ̀Wọ́n máa ń rìn gba inú electrolyte tó lágbára lọ sí anode. Nígbà tí o bá lo bátírì náà, àwọn ion máa ń padà sí cathode. Elektrolyte tó lágbára náà máa ń jẹ́ kí àwọn ion máa rìn nìkan. Àwọn elektrolyte gbọ́dọ̀ máa la wáyà kan kọjá lẹ́yìn bátírì náà. Èyí ló ń fún àwọn ẹ̀rọ rẹ lágbára.

Àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì máa ń gbìyànjú onírúurú electrolytes láti mọ èyí tó dára jùlọ. Wọ́n máa ń lo àwọn ohun èlò tó ní lithium láti ṣe electrolyte. Bí wọ́n ṣe ń ṣe é yí bí àwọn ion ṣe lè yára gbéra padà. Àwọn ìdánwò X-ray fihàn pé ìrísí ara àwọn ion ń ran àwọn ion lọ́wọ́ láti yára gbéra. Àwọn electrolytes kan ní ionic conductivity tó ju 1 mS/cm lọ. Èyí túmọ̀ sí wípé àwọn ions ń gbéra dáadáa. High conductivity ń ran àwọn bátìrì lọ́wọ́ láti gba agbára kíákíá kí wọ́n sì pẹ́.

O le ṣe kàyéfì bí àwọn bátírì onípele-solid ṣe fiwé àwọn bátírì onípele-solid. Ìyàtọ̀ ńlá ni electrolyte. Àwọn bátírì onípele-solid lo ohun èlò ìdènà omi. Omi yìí lè jó tàbí kí ó jó bí ó bá bàjẹ́. Àwọn bátírì onípele-solid lo ohun èlò ìdènà onípele-solid. Kò lè jó tàbí kí ó jó ní irọ̀rùn. Èyí mú kí wọ́n ní ààbò púpọ̀.

Àkíyèsí: Àwọn electrolytes líle kìí gba iná. Wọ́n dín ewu iná àti ìgbóná jù kù. Èyí mú kí àwọn bátìrì solid-state dára fún àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná àti ibi ìpamọ́ agbára ńlá.

Eyi ni tabili kan lati fihan awọn iyatọ ailewu:

Àwọn bátírì onípele-gíga máa ń ṣiṣẹ́ dáadáa ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ ọ̀nà. Elékrólẹ́tì onípele-gíga máa ń fúnni ní agbára tó ga jù. Agbára rẹ máa ń pọ̀ sí i nínú bátírì kékeré. Bátírì náà máa ń pẹ́ tó, ó sì máa ń gba agbára kíákíá. Àwọn ìdánwò fihàn pé ìṣípo ion tó dára jù máa ń fúnni ní agbára tó tó 98.9% gbogbo agbára. Agbára tó ń ṣiṣẹ́ dáadáa lè dé 97.8%. Èyí túmọ̀ sí pé agbára tó ń ṣòfò díẹ̀ ni a ó sì máa lò láti inú agbára kọ̀ọ̀kan.

Nisinsinyi o ti mọ bi awọn batiri ipo-solid ṣe n ṣiṣẹ. Elektrolyt solid ṣe pataki pupọ. O jẹ ki awọn ion gbe ni iyara ati lailewu. O tun jẹ ki batiri naa ni aabo ati lagbara ju awọn batiri atijọ lọ. Bi o ṣe n kọ ẹkọ diẹ sii, iwọ yoo rii idi ti imọ-ẹrọ yii ṣe pataki fun ọjọ iwaju.

Iru awọn batiri ipinle solid wo ni o wa?

Oríṣiríṣi bátìrì tó lágbára ló wà. Oríṣiríṣi ohun èlò àti àwòrán ló ń lo. Àwọn ìyípadà wọ̀nyí ló ń nípa lórí bí bátìrì náà ṣe ń ṣiṣẹ́ àti ibi tí wọ́n ti ń lò ó.

Àwọn bátìrì tó lágbára máa ń wọ inú àwọn ẹgbẹ́ méjì pàtàkì. Àwọn ẹgbẹ́ náà sinmi lórí bí electrolyte náà ṣe nípọn tó.

• Awọn batiri ipo-solid pupọ ní àwọn elekitiroliti tó nípọn. Àwọn ènìyàn máa ń ṣe wọ́n nípa títẹ àwọn ẹ̀yà ara wọn pọ̀ tàbí gbígbóná wọn.

• Awọn batiri tinrin-film solid-state Àwọn ìpele fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ náà lè nípọn díẹ̀. Àwọn ìpele wọ̀nyí lè nípọn díẹ̀ ní ìwọ̀n nanometer. A nílò àwọn ẹ̀rọ pàtàkì láti ṣe àwọn fíìmù fẹ́lẹ́fẹ́lẹ́ wọ̀nyí.

Ọ̀pọ̀lọpọ̀ irú rẹ̀ ló wà tí a gbé ka ohun tí ó wà nínú bátìrì náà. Àtẹ yìí ni yóò ràn ọ́ lọ́wọ́ láti fi wọ́n wéra:

Ìmọ̀ràn: O lè yan irú bátírì tó bá àìní rẹ mu. Bátírì oní-fíìmù dára fún àwọn nǹkan kéékèèké bí káàdì ọlọ́gbọ́n. Bátírì oní-pupọ̀ máa ń ṣiṣẹ́ dáadáa nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ oníná.

Nisinsinyi o mọ pe ọpọlọpọ awọn oriṣi awọn batiri ti o lagbara ni o wa. Iru kọọkan ni awọn anfani pataki fun awọn lilo oriṣiriṣi.

Ìpínlẹ̀ Tó Dára Jù sí Litiọ́mù-Iọ́nì

Àwọn bátírì ìpele Solid àti bátírì lithium-ion kì í ṣe ọ̀kan náà. Àwọn bátírì ìpele Solid lo electrolyte onípele solid. Àwọn bátírì Lithium-ion lo omi. Èyí mú kí àwọn bátírì ìpele solid ní ààbò púpọ̀. Wọ́n má ń jóná púpọ̀. Wọ́n lè gba agbára púpọ̀ ní ìwọ̀n kékeré. Wọ́n tún máa ń pẹ́ ju àwọn bátírì lithium-ion lọ. Ṣùgbọ́n, àwọn bátírì ìpele solid ń náwó púpọ̀ ní báyìí. Wọ́n tún ṣòro láti ṣe.

Àtẹ kan nìyí láti ràn ọ́ lọ́wọ́ láti fiwé:

Àwọn Àǹfààní àti Àléébù

Awọn batiri ipo-agbara ni ọpọlọpọ awọn aaye rere:

• Wọ́n ń tọ́jú agbára tó ju ti lithium-ion lọ ní ìlọ́po méjì sí méjì ààbọ̀. Èyí túmọ̀ sí wípé àwọn bátírì lè fúyẹ́ díẹ̀ sí i.

• Gbigba agbara ni iyara to igba mẹfa. O ko ni lati duro fun igba pipẹ.

• Àǹfààní iná kéré gan-an, ó dín ní ìlọ́po ogún.

• Wọ́n máa ń ṣiṣẹ́ dáadáa ní àwọn ibi gbígbóná tàbí ní àwọn ibi tí ó tutù, wọ́n sì máa ń pẹ́ títí.

Ṣugbọn awọn iṣoro diẹ tun wa:

• Wọ́n náwó púpọ̀ nítorí àwọn ohun èlò tuntun àti àwọn ilé iṣẹ́ pàtàkì.

• Pupọ julọ awọn batiri ti o lagbara gbọdọ gbona ju iwọn otutu yara lọ lati ṣiṣẹ daradara julọ.

• Àwọn bátírì ìdánwò kan kò pẹ́ tó bátírì lithium iron phosphate. Àwọn wọ̀nyí lè pẹ́ tó 4,000 cycles.

Àkíyèsí: Àwọn ògbógi rò pé owó lè dínkù sí $140 fún kWh ní ọdún 2028. Ṣùgbọ́n ó lè gba ọdún márùn-ún sí i kí a tó ṣe ọ̀pọ̀lọpọ̀ nǹkan.

Kí ni àwọn ohun tí a lè lò fún àwọn batiri tó lágbára?

Àwọn Ohun Èlò àti Àwọn Ìpèníjà

Àwọn bátírì onípele-solid ni a ń lò nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ oníná, àwọn fóònù alágbèéká, àti àwọn káàdì onípele-solid. Fún àpẹẹrẹ, sedan Nio ET7 lo bátírì onípele-solid. Ó lè rìn ìrìn àjò máìlì 650 lórí agbára kan. Bátírì onípele-solid ti Samsung lè rìn ìrìn àjò ju máìlì 600 lọ. Ó lè gba agbára tó 80% láàárín ìṣẹ́jú mẹ́wàá.

• Àwọn bátírì tó lágbára ní ààbò, wọ́n sì máa ń pẹ́ tó bẹ́ẹ̀.

• Wọ́n nílò àwọn ohun èlò pàtàkì àti kíkọ́lé pẹ̀lú ìṣọ́ra.

• Ó ṣòro láti jẹ́ kí àwọn ẹ̀yà ara líle náà wà ní ìṣọ̀kan.

• Àwọn ilé iṣẹ́ gbọ́dọ̀ pa omi mọ́, pàápàá jùlọ fún àwọn bátìrì tí wọ́n fi sulfide ṣe.

O yoo ri awọn batiri ti o lagbara diẹ sii bi wọn ṣe n din owo. Awọn ile-iṣẹ n dara si ni ṣiṣe wọn. Ni bayi, wọn dabi ẹni ti o ni ireti pupọ ṣugbọn wọn tun ni awọn iṣoro diẹ lati yanju.

Báwo ni àwọn bátìrì tó lágbára ṣe dáàbò bo?

O le ṣe kàyéfì bóyá àwọn bátìrì solid-state ní ààbò ju àwọn ti déédé lọ. Àwọn bátìrì wọ̀nyí ń lo electrolyte solid. Apá líle yìí kì í jó tàbí kí ó jó. Nítorí èyí, wọ́n kì í sábà jó bíi bátìrì tí omi wà nínú rẹ̀. O lè nímọ̀lára ààbò nípa lílo àwọn bátìrì solid-state nínú àwọn nǹkan bíi ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ tàbí fóònù.

Ṣùgbọ́n ààbò kìí ṣe nípa dídúró iná nìkan. Àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ní Purdue University ṣe ìwádìí ohun tó máa ń ṣẹlẹ̀ nígbà tí àwọn bátìrì wọ̀nyí bá ń bàjẹ́. Wọ́n rí i pé àwọn electrolytes líle kan, bíi Li10SnP2S12, ṣì lè gbóná gan-an. Èyí máa ń ṣẹlẹ̀ tí àwọn ìhùwàsí kẹ́míkà kan bá bẹ̀rẹ̀ ní anode. Àwọn ìhùwàsí wọ̀nyí lè mú kí bátìrì náà gbóná kíákíá. Ooru náà tún lè mú kí katode tú atẹ́gùn jáde. Èyí lè fa ìhùwàsí sí i àti ohun kan tí a ń pè ní “thermal runaway.” Nítorí náà, bó tilẹ̀ jẹ́ pé àwọn apá líle náà kò jóná, bátìrì náà ṣì lè gbóná gan-an tí ìṣòro bá wà nínú rẹ̀.

Àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì lo àwọn irinṣẹ́ X-ray láti wo inú àwọn bátírì onípele-solid. Iṣẹ́ àgbékalẹ̀ SOLBAT ti Faraday Institution rí i pé àwọn ìfọ́ lè ṣẹ̀dá nínú electrolyte onípele-solid kí lithium tó kó jọ. Àwọn ìfọ́ wọ̀nyí lè tàn kálẹ̀ kí wọ́n sì fa àwọn ìyípo kúkúrú. Tí o bá lo bátírì jù, àwọn àlàfo òfo lè ṣẹ̀dá. Lithium lè dàgbà sí àwọn àlàfo wọ̀nyí kí ó sì sọ bátírì náà di aláìléwu.

Àmọ̀ràn: Àwọn bátìrì tó lágbára ní ààbò ju bátìrì àtijọ́ lọ, àmọ́ o ṣì nílò láti ṣọ́ra. Àwọn àwòrán tuntun àti àwọn ohun èlò tó dára jù yóò mú kí wọ́n túbọ̀ ní ààbò láìpẹ́.

Àwọn ìpèníjà wo ló wà nínú lílo àwọn bátìrì tó lágbára?

Àwọn bátìrì tó lágbára máa ń dà bí ẹni tó dára, àmọ́ wọ́n ní ìṣòro. Àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì àti onímọ̀ ẹ̀rọ ní iṣẹ́ tó lágbára láti mú kí wọ́n ṣiṣẹ́ ní ìgbésí ayé gidi. Kò rọrùn láti lo àwọn bátìrì wọ̀nyí nínú ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ tàbí fóònù.

Àtẹ yìí ni àkójọ àwọn ìṣòro pàtàkì:

Ṣíṣe àwọn bátírì onípele líle jẹ́ ohun tó le gan-an. Àwọn ìpele náà gbọ́dọ̀ jẹ́ dídán, kí wọ́n má sì ní ìfọ́. Tí bátírì náà bá tóbi tàbí ó kéré sí i, ó lè fọ́ sínú. Ojú ọjọ́ òtútù máa ń mú kí àwọn ion máa rìn lọ́ra sí i. Àwọn ilé iṣẹ́ nílò àwọn ẹ̀rọ pàtàkì láti kọ́ àwọn bátírì wọ̀nyí. Èyí máa ń jẹ́ kí wọ́n náwó púpọ̀ sí i.

Ìmọ̀ràn: Àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì ń ṣiṣẹ́ láti yanjú àwọn ìṣòro wọ̀nyí. Nígbà tí wọ́n bá rí ọ̀nà tó dára jù, o máa rí àwọn agbára ìdènà tó lágbára jù ní àyíká rẹ.

Ìgbà wo ni àwọn bátìrì onípele-solid yóò dé sí ọjà iná mànàmáná?

O le ṣe iyalẹnu nigbati iwọ yoo rii awọn batiri ipo-lile nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná àti àwọn ẹ̀rọ míràn. Àwọn ìròyìn àgbéyẹ̀wò ọjà fihàn pé ọjà bátírì onípele-solid yóò dàgbàsókè kíákíá. Ní ọdún 2024, ìwọ̀n ọjà náà jẹ́ nǹkan bí $128.5 mílíọ̀nù. Ní ọdún 2032, àwọn ògbógi retí pé yóò dé $2,001.7 mílíọ̀nù. Èyí túmọ̀ sí wípé ọjà náà lè dàgbàsókè ní iye tó ju 40% lọ ní ọdọọdún. O lè retí láti rí àwọn bátírì onípele-solid púpọ̀ sí i láàárín ọdún 2025 àti 2032.

Ọ̀pọ̀ nǹkan ló ń ran ìdàgbàsókè yìí lọ́wọ́. Títà ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná ń pọ̀ sí i. Àwọn ìjọba ń fúnni ní ìṣírí láti lo agbára mímọ́. Ó rọrùn láti rí àwọn ibùdó agbára. Àwọn ilé iṣẹ́ náà tún ń ná owó púpọ̀ sí i lórí ìwádìí àti ìdàgbàsókè. Àwọn ilé iṣẹ́ ayọ́kẹ́lẹ́ ńláńlá àti àwọn ilé iṣẹ́ bátírì ń ṣiṣẹ́ papọ̀ láti kọ́ àwọn ilé iṣẹ́ tuntun. Àwọn ìgbésẹ̀ wọ̀nyí ń ran lọ́wọ́ láti mú àwọn bátírì onípele tó lágbára wá sí ọjà ní kíákíá.

Ó ṣeé ṣe kí o rí àwọn bátìrì onípele-púpọ̀ àkọ́kọ́ nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ oníná mànàmáná tó ga jùlọ. Àwọn ilé iṣẹ́ ní Amẹ́ríkà, Yúróòpù, Ṣáínà, àti Japan ló ń ṣáájú. Lẹ́yìn àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ olówó iyebíye, o lè rí àwọn bátìrì wọ̀nyí nínú àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ déédéé, àwọn bọ́ọ̀sì, àti àwọn ibi ìpamọ́ agbára ilé pàápàá.

Àkíyèsí: O lè má rí àwọn bátìrì tó lágbára nínú gbogbo ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ lẹ́sẹ̀kẹsẹ̀. Ní àkọ́kọ́, wọ́n á náwó púpọ̀, wọ́n á sì wà nínú àwọn àwòṣe pàtàkì. Bí àwọn ilé iṣẹ́ ṣe ń ṣe púpọ̀ sí i, owó ọjà á dínkù, o ó sì rí wọn ní àwọn ibòmíràn.

Eyi ni wiwo kukuru lori ohun ti o le reti:

Àwọn bátírì onípele-gíga máa dé láìpẹ́. Ìwọ yóò rí wọn tí wọ́n yóò yí bí o ṣe ń lo àwọn ọkọ̀ ayọ́kẹ́lẹ́ iná mànàmáná àti àwọn ẹ̀rọ míì padà ní ọdún díẹ̀ sí i.

O ti kọ́ bí bátìrì onípele-solid ṣe ń ṣiṣẹ́. Àwọn bátìrì wọ̀nyí ń lo electrolyte onípele-solid. Èyí ń ran àwọn ion lọ́wọ́ láti rìn láìléwu àti kíákíá. Àwọn ohun rere pàtàkì kan nípa wọn nìyí:

Awọn batiri ti o lagbara le jẹ ki awọn ọkọ ayọkẹlẹ ina ati awọn ẹrọ dara julọ fun gbogbo eniyan.

Awọn ibeere ti a maa n beere nigbagbogbo

Kí ló mú kí àwọn bátìrì tó lágbára ju àwọn bátìrì tó wà níbẹ̀ lọ jẹ́ èyí tó dáa jù?

Àwọn bátìrì tó lágbára jù ní ààbò nítorí pé electrolyte tó lágbára kò lè jò. Kò tún lè jóná. Èyí túmọ̀ sí wípé àwọn ẹ̀rọ rẹ kò ní àǹfààní láti jàǹbá.

Ṣe o le lo awọn batiri ti o lagbara ni oju ojo tutu?

O le lo awọn batiri wọnyi ni oju ojo tutu, ṣugbọn wọn ko ṣiṣẹ daradara. Awọn iru kan n mu otutu dara ju awọn miiran lọ. Nigbagbogbo wo iwọn otutu ailewu ti batiri naa.

Igba melo ni awọn batiri ipo-solid yoo pẹ to?

Àwọn bátírì onípele gíga sábà máa ń pẹ́ ju àwọn bátírì litiumu-ion lọ. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ ni a lè gba agbára tó ìgbà 2,000 kí wọ́n tó bẹ̀rẹ̀ sí í pàdánù agbára.