โซลิดสเตตแบตเตอรี่คืออะไรและพวกเขาจะแก้ปัญหาอายุแบตเตอรี่ของเราหรือไม่
เทคโนโลยีโทรศัพท์มือถือกำลังเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณ แต่เทคโนโลยีแบตเตอรี่ไม่สามารถรักษาได้ เราถึงขีด จำกัด ทางกายภาพของการออกแบบลิเธียมไอออนและลิเธียมโพลีเมอร์ทั่วไปที่สามารถทำได้ วิธีแก้ปัญหาอาจเป็นสิ่งที่เรียกว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตต.
แบตเตอรี่โซลิดสเตตคืออะไร?
ในแบตเตอรี่แบบดั้งเดิมที่ใช้กันทั่วไปคือขั้วไฟฟ้าโลหะแข็งชนิดลิเธียม - อิออนสองใช้กับเกลือลิเธียมเหลวซึ่งทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ อนุภาคอิออนย้ายจากอิเล็กโทรดหนึ่ง (แคโทด) ไปยังอีกอันหนึ่ง (ขั้วบวก) ในขณะที่ประจุแบตเตอรี่และย้อนกลับเมื่อมันคายประจุ อิเล็กโทรไลต์เกลือลิเธียมเหลวเป็นสื่อกลางที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว หากคุณเคยเห็นแบตเตอรี่กัดกร่อนหรือถูกเจาะ "กรดแบตเตอรี่" ที่ไหลออกมา (หรือบางครั้งระเบิด) เป็นอิเล็กโทรไลต์ของเหลว.
ในแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งขั้วบวกและขั้วลบและอิเล็กโทรไลต์ทั้งสองนั้นเป็นชิ้นส่วนที่เป็นของแข็งของโลหะอัลลอยหรือวัสดุสังเคราะห์อื่น ๆ คำว่า "โซลิดสเตต" อาจเตือนให้คุณนึกถึงไดรฟ์ข้อมูล SSD และนั่นไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ไดรฟ์จัดเก็บข้อมูลโซลิดสเตตใช้หน่วยความจำแฟลชซึ่งไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ซึ่งตรงข้ามกับฮาร์ดไดรฟ์มาตรฐานซึ่งเก็บข้อมูลไว้ในดิสก์แม่เหล็กหมุนที่ขับเคลื่อนโดยมอเตอร์ขนาดเล็ก.
แม้ว่าความคิดเกี่ยวกับแบตเตอรี่โซลิดสเตตนั้นมีมานานหลายทศวรรษ แต่ความก้าวหน้าในการพัฒนาของพวกเขาเพิ่งเริ่มต้น แต่ปัจจุบันได้รับแรงกระตุ้นจากการลงทุนจาก บริษัท อิเล็กทรอนิกส์ผู้ผลิตรถยนต์และผู้ให้บริการอุตสาหกรรมทั่วไป.
มีอะไรดีกว่าเกี่ยวกับแบตเตอรี่โซลิดสเตต?
แบตเตอรี่โซลิดสเตตให้ข้อได้เปรียบที่แตกต่างกันเล็กน้อยกับลูกพี่ลูกน้องที่เต็มไปด้วยของเหลว: อายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ดีกว่าเวลาในการชาร์จที่เร็วขึ้น.
แบตเตอรี่โซลิดสเตตบีบอัดขั้วบวกแคโทดและอิเล็กโทรไลต์เป็นสามชั้นแบนแทนที่จะระงับอิเล็กโทรดในอิเล็กโทรไลต์ของเหลว นั่นหมายความว่าคุณสามารถทำให้มันเล็กลงหรือน้อยลงได้ในขณะที่ถือพลังงานได้มากเท่ากับแบตเตอรี่ที่เป็นของเหลวขนาดใหญ่ ดังนั้นหากคุณเปลี่ยนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหรือแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ในโทรศัพท์หรือแล็ปท็อปของคุณด้วยแบตเตอรี่โซลิดสเตตขนาดเท่ากันมันจะได้รับการชาร์จนานกว่ามาก หรือคุณสามารถสร้างอุปกรณ์ที่มีประจุเดียวกันที่เล็กกว่าหรือบางลงได้.
แบตเตอรี่โซลิดสเตตนั้นปลอดภัยกว่าด้วยเนื่องจากไม่มีสารพิษของเหลวไวไฟที่จะหกและพวกมันก็ไม่ปล่อยความร้อนออกมาเท่าแบตเตอรี่แบบชาร์จทั่วไป เมื่อนำไปใช้กับแบตเตอรี่ที่ใช้พลังงานไฟฟ้าในปัจจุบันหรือแม้กระทั่งรถยนต์ไฟฟ้าพวกเขาอาจชาร์จเร็วขึ้นมากไอออนก็สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วขึ้นจากแคโทดไปยังขั้วบวก.
จากการวิจัยล่าสุดพบว่าแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตอาจมีประสิทธิภาพสูงกว่าแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟทั่วไปได้ถึง 500% หรือมากกว่าในแง่ของความจุและการชาร์จในหนึ่งในสิบของเวลา.
ข้อเสียคืออะไร?
เนื่องจากแบตเตอรี่โซลิดสเตตเป็นเทคโนโลยีใหม่จึงมีราคาแพงอย่างไม่น่าเชื่อในการผลิต ในความเป็นจริงแล้วมีราคาแพงมากจนไม่ได้ติดตั้งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับผู้บริโภครายใหญ่ ณ เวลาที่เขียน ในปี 2012 นักวิเคราะห์ที่เขียนแผนกวิเคราะห์ซอฟต์แวร์ของมหาวิทยาลัยฟลอริดาและแผนกประมวลผลวัสดุขั้นสูงคาดว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตตขนาดเท่าโทรศัพท์มือถือทั่วไปจะมีราคาประมาณ 15,000 เหรียญสหรัฐเพื่อผลิต หนึ่งขนาดใหญ่พอที่จะขับเคลื่อนรถยนต์ไฟฟ้าจะมีราคา $ 100,000.
การทำให้แบตเตอรี่โซลิดสเตตใหญ่พอที่จะจ่ายไฟให้กับโทรศัพท์ของคุณมีค่าใช้จ่ายหลายพันดอลลาร์ในปัจจุบัน. ส่วนหนึ่งเป็นเพราะการประหยัดต่อขนาดไม่ได้อยู่ในสถานที่หลายร้อยล้านแบตเตอรี่ที่ถูกสร้างขึ้นในแต่ละปีตอนนี้ดังนั้นต้นทุนการผลิตของวัสดุและอุปกรณ์จะกระจายไปทั่วสายการผลิตขนาดใหญ่ มีเพียงไม่กี่ บริษัท และมหาวิทยาลัยที่ทำการวิจัยแบตเตอรี่โซลิดสเตตดังนั้นค่าใช้จ่ายในการผลิตแบตเตอรี่จึงเป็นเรื่องทางดาราศาสตร์.
ปัญหาก็คือวัสดุ ในขณะที่คุณสมบัติของโลหะต่างๆโลหะผสมและเกลือโลหะที่ใช้สำหรับแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟทั่วไปเป็นที่รู้จักกันดีในปัจจุบันเรายังไม่ทราบองค์ประกอบทางเคมีและองค์ประกอบอะตอมที่ดีที่สุดสำหรับอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งระหว่างขั้วบวกโลหะและแคโทด การวิจัยในปัจจุบันกำลัง จำกัด ลง แต่เราจำเป็นต้องรวบรวมข้อมูลที่น่าเชื่อถือมากขึ้นก่อนที่เราจะสามารถรวบรวมหรือสังเคราะห์วัสดุและลงทุนในกระบวนการผลิต.
ฉันจะใช้โซลิดสเตตแบตเตอรี่เมื่อไร?
เช่นเดียวกับเทคโนโลยีใหม่ ๆ ที่พยายามคิดออกมาว่าเมื่อใดที่คุณจะได้รับสิ่งที่ดีที่สุด.
มันเป็นกำลังใจให้ บริษัท ขนาดใหญ่จำนวนมากลงทุนในการวิจัยที่จำเป็นในการนำโซลิดสเตตแบตเตอรี่เข้าสู่ตลาดผู้บริโภค แต่อายที่จะประสบความสำเร็จครั้งสำคัญในอนาคตอันใกล้นี้มันยากที่จะบอกว่าจะมีการก้าวกระโดดครั้งใหญ่ อย่างน้อยหนึ่ง บริษัท รถยนต์กล่าวว่าจะพร้อมที่จะใส่หนึ่งในยานพาหนะภายในปี 2023 แต่ไม่คาดเดาว่ารถคันนั้นอาจมีราคาเท่าไหร่ ห้าปีดูเหมือนจะมองโลกในแง่ดีเกินไป ดูเหมือนว่าสิบปี อาจเป็นยี่สิบปีหรือมากกว่าก่อนที่วัสดุจะถูกตัดสินและกระบวนการผลิตได้รับการพัฒนา.
แต่อย่างที่เราได้กล่าวไว้ในตอนต้นของบทความว่าเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบดั้งเดิมกำลังเริ่มก่อกำแพง และไม่มีอะไรที่เหมือนกับยอดขายที่มีศักยภาพเพื่อกระตุ้นการวิจัยและพัฒนา อาจเป็นไปได้อย่างน้อยที่สุด (มากมากเล็กน้อย) คุณอาจจะสามารถใช้อุปกรณ์หรือขับรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยแบตเตอรี่โซลิดสเตตในไม่ช้า.
เครดิตภาพ: Sucharas Wongpeth / Shutterstock, Daniel Krason / Shutterstock
