Technológia batérií^(Battery) prešla v priebehu rokov dlhú cestu. Gadgety ako drony^(drones) a smartfóny by boli nepraktické bez pokročilej modernej technológie batérií. 

Batérie však môžu byť vždy lepšie! 

Polovodičové batérie sa zdajú byť ďalším veľkým pokrokom a produkty, ktoré ich používajú, sú za rohom. To znamená, že teraz je ideálny čas zoznámiť sa s tým, čo sú a prečo sú dôležité.

Čo znamená „pevný stav“?

Či už ide o olovenú autobatériu, alkalické jednorazové batérie alebo lítium-polymérové ​​batérie^{(lithium polymer batteries)} v telefóne, všetky používajú tekutý elektrolyt. Elektrolyt je vodivá látka, ktorá spája dva vnútorné vývody batérie. Elektróny prúdia cez elektrolyt, čo umožňuje batérii buď vybudovať elektrický náboj, alebo ho vybiť.

Pevná batéria používa namiesto tradičného tekutého elektrolytu pevný elektrolyt. To je jediný zásadný rozdiel medzi týmito dvoma technológiami batérií. Znie to dosť jednoducho, ale inžinieri a vedci sa už desaťročia snažia prísť s pevným materiálom, ktorý môže pôsobiť ako elektrolyt.

Čo je ťažké^(Hard) na polovodičových batériách^{(Solid State)} ?

Rôzne materiály, ako je keramika a lítiové kovy, ponúkajú potenciál ako elektrolyty v tuhom stave. Problémom je, že keramický prístup má za následok slabý výkon batérie. Lítiové kovy sú sľubné, ale majú fatálnu chybu. Ako sa batéria nabíja a vybíja, cez elektrolyt prerastajú kovové „dendrity“. Batéria sa môže skratovať a stať sa nebezpečným.

Hľadanie praktických a ekonomicky životaschopných riešení týchto problémov bolo v posledných rokoch poslaním viacerých spoločností a výskumných tímov. Teraz sa táto práca oplatí. 

Prečo prechádzať všetkými týmito problémami? Pozrime sa na výhody, ktoré polovodičové batérie sľubujú oproti klasickým.

Bezpečnosť

Batérie uchovávajú veľké množstvo energie a vždy existuje nebezpečenstvo, že sa táto energia môže nekontrolovane uvoľniť. Keď sa to stane, môže to znamenať požiar, výbuchy a iné nechcené následky. Pevné batérie, za predpokladu, že problém s dendritom je vyriešený, sľubujú, že budú bezpečnejšie a stabilnejšie. Jednak nie sú horľavé, takže požiare batérie by mali byť minulosťou.

To nie je dôležité len pre elektrické vozidlá, ako sú autá a drony, ale aj pre osobnú elektroniku, ako sú smartfóny a notebooky. Mnoho ľudí je každoročne zranených pri požiari batérie v ich elektronických prístrojoch. V dôsledku toho boli vypálené celé domy!

Rýchlosť nabíjania

Moderné lítiové batérie sa dokážu nabíjať pôsobivou rýchlosťou^{(charge at impressive speeds)} , no ich nabitie trvá stále dlho. Existuje limit, koľko energie môžete naliať do tradičnej lítium-iónovej batérie predtým, ako to pôjde bokom. Pevné batérie sľubujú, že sa budú nabíjať až šesťkrát rýchlejšie ako batérie, ktoré v súčasnosti používame. To znamená nabitie telefónu z prázdneho na plný za päť minút alebo charging an electric car to 80% in 15 .

Energetická kapacita a veľkosť

Lítium-^(Lithium) iónové batérie majú v súčasnosti najvyššiu energetickú hustotu zo všetkých typov batérií predávaných verejnosti. Napriek tomu je stále mnohonásobne menej hustý ako benzín. Aj keď polovodičové batérie nevyrovnávajú batérie s plynom, sľubujú viac ako dvojnásobnú hustotu energie na objem. 

Inými slovami, ak ste vymenili batériu v telefóne pomocou polovodičového modelu, teoreticky by mohla fungovať dvakrát dlhšie bez toho, aby sa zväčšila. Toto je ďalší veľký predajný argument pre elektrické vozidlá, ktoré nie sú také populárne, ako by mohli byť, kvôli úzkosti z dojazdu.

Životnosť a odolnosť

Väčšina súčasných lítium-iónových batérií sa začína degradovať po približne 500 cykloch úplného nabitia a vybitia. Po tomto bode začne batéria strácať svoju kapacitu^{(battery begins to lose its capacity)} , až sa takmer vôbec nenabije. V smartfónoch, ktoré majú teraz tendenciu mať uzavreté batérie, to výrazne obmedzuje životnosť zariadenia. Pevné batérie sľubujú výrazne zvýšiť tento limit. Až päťkrát. 

Takže tam, kde sa typická batéria telefónu na každodenné používanie môže po dvoch až troch rokoch začať znižovať, polovodičová batéria zostane na svojej menovitej kapacite až pätnásť rokov^{(fifteen years)} . V elektromobiloch, kde je výmena batérií mimoriadne nákladná, by to mohlo mať dramatický vplyv na náklady na vlastníctvo tejto triedy vozidiel. 

Slabé stránky polovodičovej batérie

Ak to všetko znie príliš dobre na to, aby to bola pravda, technológia má niekoľko výhrad. Niektoré z nich je ešte potrebné vyriešiť, kým sa dosiahne široké prijatie technológie polovodičových batérií.

• Náklady^{(Cost )} sú možno najväčším nepriateľom. Výskumné^(Research) tímy a začínajúce spoločnosti usilovne pracujú na tom, aby bol výrobný proces týchto batérií lacnejší a škálovateľnejší. Niektoré spoločnosti tvrdia, že sú blízko, ale nebudeme vedieť, aký úspech dosiahli, kým neuvidíme skutočné ceny produktov s týmito batériami.

• Tieto batérie tiež bojujú pri nízkych teplotách^{(struggle at low temperatures)} . Riešenia, ktoré zahŕňajú ich izoláciu alebo ich udržiavanie pri dobrej prevádzkovej teplote, sú preto súčasťou výzvy.

Kedy si môžete kúpiť polovodičové^{(Solid State)} batérie?

Existuje niekoľko spoločností ako Solid Power a QuantumScape , ktoré tvrdia, že sú na vrchole komerčných aplikácií pre batérie v pevnej fáze. 

Toyota plánuje predaj elektrických vozidiel s pevnou batériou už v roku 2021 . Solid Power aj QuantumScape sa zameriavajú^{(QuantumScape)} na uvedenie batérií do vozidiel v roku 2022 a 2024. To znamená, že v najbližších rokoch by sme mohli byť priamo na začiatku revolúcie v oblasti batérií. 

To je ešte predtým, než sa vôbec dostaneme k možnostiam, ktoré vyplývajú z používania grafénu. Tento zázračný materiál sľubuje ešte lepšie batérie, či už obsahujú tekuté alebo pevné elektrolyty. Prinútiť grafén hrať loptičku unikalo vedcom a inžinierom dlhšie, ako sa očakávalo, ale už teraz si môžete kúpiť hybridnú grafénovú powerbanku^{(hybrid graphene powerbank)} . Naozaj^(Truly) , budúcnosť je tu.

What Are Solid State Batteries and Why Are They Important?

Battery technology has come a long way over the years. 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

• Sprievodca nákupom SSD (Solid State Drive) na rok 2019

• Prečo je My Amazon v španielčine? Jazyk a ďalšie dôležité nastavenia

• 3 spôsoby, ako urobiť fotografiu alebo video na Chromebooku

• Ako zistiť softvér na monitorovanie počítača a e-mailu alebo špehovanie

• Technológia plochého displeja zbavená mýtov: TN, IPS, VA, OLED a ďalšie

• Ako nájsť najlepšie Discord servery

• Ako vložiť Emoji do Wordu, Dokumentov Google a Outlooku

• Ako opraviť chybový kód Hulu RUNUNK13

• Najlepšie nastavenia fotoaparátu pre portréty

• Ako uverejniť článok na Linkedin (a najlepší čas na uverejnenie)

• 4 spôsoby, ako nájsť najlepšie možnosti internetu (ISP) vo vašej oblasti

• Aké je hodnotenie cestujúcich Uber a ako ho skontrolovať

• Ako stiahnuť a nainštalovať Peacock na Firestick

• Čo znamenajú BCC a CC? Pochopenie základného e-mailového lingu

• Môžete zmeniť svoje meno Twitch? Áno, ale buďte opatrní

• Ako rozdeliť obrazovku na Chromebooku

• Ako vrátiť peniaze za hru v službe Steam

• Ako sa zbaviť vyhľadávania Yahoo v prehliadači Chrome

• Ako nájsť spomienky na Facebooku

• Nesúlad sa neotvára? 9 spôsobov, ako opraviť