ჩვენ ირგვლივ არსებული ტექნოლოგიების დიდ ნაწილს ვიღებთ თავისთავად. მაგალითად, მიკროკომპიუტერები ტელეფონებისთვის, რომლებიც მუშაობენ დატენვის გარეშე მთელი დღის განმავლობაში. არადა მინდა ტელეფონმა 3-4 დღე იმუშაოს დატენვის გარეშე. ან ელექტრო მანქანას, რომელსაც შეუძლია 1000 კილომეტრის გავლა, რამდენიმე წუთში დამუხტვა... და ბენზინის ძრავით ავტომობილზე ნაკლები ღირს. წლების განმავლობაში ბევრს ლაპარაკობდნენ მყარი მდგომარეობის ბატარეებზე, მაგრამ როგორ მიდის ახლა საქმეები? და კიდევ რამდენს უნდა ველოდოთ მყარი მდგომარეობის ბატარეები დასრულდება ჩვენს მოწყობილობებში?
უახლესი მაგალითია Toyota, რომელმაც ზამთრის ოლიმპიური თამაშების დროს გამოაცხადა მყარი ბატარეის მანქანა. ლითიუმ-იონურ ბატარეებს, რომლებსაც დღეს ვიყენებთ, ისეთივე დიდებულები არიან, რომლებსაც აქვთ გარკვეული ნაკლოვანებები, რომელთა გადაჭრასაც მყარი მდგომარეობის ბატარეები ცდილობენ.
ორივე ტიპი იყენებს ლითიუმს ელექტროენერგიის წარმოებისთვის და მათი ზოგადი სტრუქტურა საკმაოდ მსგავსია. მარტივად რომ ვთქვათ, მათ აქვთ ანოდი (უარყოფითი ელექტროდი), კათოდი (დადებითი ელექტროდი) და ელექტროლიტი.
მათი მთავარი განსხვავება მდგომარეობს ელექტროლიტის მდგომარეობაში, რომელიც ეხმარება იონების გადატანას კათოდიდან ანოდში დატენვის დროს და პირიქით, გამონადენის დროს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ელექტროლიტი არეგულირებს ელექტრული დენის დინებას ბატარეის უარყოფით და დადებით მხარეებს შორის. მიუხედავად იმისა, რომ ლითიუმ-იონური ბატარეები იყენებენ თხევად ელექტროლიტებს, მყარი მდგომარეობის ბატარეები, როგორც მათი სახელი გულისხმობს, იყენებენ მყარი ელექტროლიტის თხელ ფენებს.
მყარ ელექტროლიტებს აქვთ მრავალი მნიშვნელოვანი უპირატესობა:
მარცხნივ ვხედავთ ლითიუმ-იონური ბატარეის სტრუქტურას, ხოლო მარჯვნივ - მყარი მდგომარეობის ბატარეის სტრუქტურას.
3. მსუბუქი წონა და ზომა: მიუხედავად იმისა, რომ ლითიუმ-იონური ბატარეების შიგნით არსებული სითხე მათ ამძიმებს, მყარი მდგომარეობის ბატარეების კომპაქტური სტრუქტურა იძლევა ენერგიის უფრო მაღალი სიმკვრივის საშუალებას ერთეულ ფართობზე, რაც ნიშნავს, რომ საჭიროა ნაკლები ბატარეა.
თეორიულად, დიახ, ან სულაც აქ არის საქმეები. სინამდვილეში, ბევრი ავტომწარმოებელი უკვე ახორციელებს ინვესტიციას ამ ტექნოლოგიაში, მათ შორის Volkswagen, Toyota, Ford და BMW. თუმცა, პრაქტიკაში, მყარი ბატარეების უჯრედები სათითაოდ იწარმოება ლაბორატორიებში და მათ მასობრივ წარმოებამდე მიყვანას - ძვირადღირებული და ჯერ კიდევ არასაკმარისად განვითარებული ამოცანა.
რთულია ისეთი მყარი ელექტროლიტის შექმნა, რომელიც იქნება როგორც სტაბილური, ასევე ქიმიურად ინერტული და იონების კარგი გამტარი ელექტროდებს შორის. გარდა ამისა, ელექტროლიტების წარმოება ძალიან ძვირია და მიდრეკილია ბზარებისკენ მათი მტვრევადობის გამო, როდესაც გაფართოება და შეკუმშვა ხდება გამოყენებისას. მაგრამ შესაძლოა, როცა ლითიუმ-იონური ბატარეები თანდათან უფრო ხელმისაწვდომი გახდება, ეს მოხდება.
ბოლო წლებში ბევრი საინტერესო კვლევა ჩატარდა, რომელიც ამ პრობლემის გადაჭრას ისახავდა მიზნად. MIT-ის მკვლევარებმა შეიმუშავეს ეგრეთ წოდებული შერეული იონ-ელექტრონული გამტარები (MIECs), ასევე ელექტრონული და ლითიუმ-იონური იზოლატორები (ELIs). ეს არის სამგანზომილებიანი ფიჭური არქიტექტურა ნანომასშტაბიანი MIEC მილებით. მილები ივსება ლითიუმით, რომელიც ქმნის ანოდს. ამ აღმოჩენის მთავარი ნაწილია ის, რომ ფიჭური სტრუქტურა საშუალებას აძლევს ლითიუმს სივრცე გაფართოვდეს და შეკუმშოს დამუხტვისა და განმუხტვის დროს. ბატარეის ეს „სუნთქვა“ ხელს უშლის ბზარებს. ELI მილების საფარი მოქმედებს როგორც ბარიერი, რომელიც იცავს მათ მყარი ელექტროლიტისგან. ეს არის მყარი ბატარეის სტრუქტურა, რომელიც გვიხსნის რაიმე სითხის ან გელის დამატების აუცილებლობისგან და, შესაბამისად, საშუალებას გვაძლევს თავიდან ავიცილოთ დენდრიტები.
კომპანიამ დარეკა იონის შენახვის სისტემები შეიმუშავა ულტრათხელი კერამიკული ელექტროლიტი დაახლოებით 10 მიკრომეტრი სისქის, დაახლოებით იგივე სისქის, როგორც თანამედროვე პლასტმასის გამყოფები, რომლებიც იყენებენ თხევად ელექტროლიტებს. კერამიკული ელექტროლიტის თითოეული მხარე დაფარულია ალუმინის ოქსიდის სუპერ თხელი ფენით, რაც ხელს უწყობს წინააღმდეგობის შემცირებას. ბატარეის პროტოტიპს აქვს ენერგეტიკული სიმძლავრე დაახლოებით 300 Wh/kg და დამუხტვა შესაძლებელია 5-10 წუთში. შედარებისთვის: თანამედროვე NCA ბატარეები აღწევს ენერგეტიკულ სიმძლავრეს დაახლოებით 250 Wh/kg.
გამოფენაზე CES წელს Mecedes-მა წარმოადგინა ეკოლოგიურად სუფთა მასალისგან დამზადებული AVTR კონცეფცია მანქანა, რომელსაც ასევე აქვს სრულად გადამუშავებადი ბატარეა. ინტერვიუში მერსედესის ბატარეის კვლევის უფროსმა მენეჯერმა ანდრეას ჰინტენახმა განაცხადა, რომ ბატარეის ტექნოლოგია ამჟამად ლაბორატორიულ ტესტირებას გადის და მზად იქნება 10-15 წელიწადში. CATL-მა (ტესლას ჩინურმა ბატარეის პარტნიორმა) ასევე შეიმუშავა მყარი მდგომარეობის ბატარეის ნიმუში, მაგრამ მათ განაცხადეს, რომ ის ბაზარზე 2030 წლამდე არ გამოვა.
მოსალოდნელია მყარი მდგომარეობის ბატარეების უწყვეტი წარმოება გამოსწორდება 2025 წლიდან, მაგრამ თავდაპირველად არა საავტომობილო ინდუსტრიაში.
ასევე წაიკითხეთ:
დატოვე პასუხი