Литий-ионный аккумулятор против твердотельного аккумулятора

Литий-ионный аккумулятор против твердотельного аккумулятора

Литий-ионные батареи и твердотельные батареи — два основных варианта питания портативных электронных устройств. Эти два типа аккумуляторов имеют определенные преимущества и недостатки. Вот обзор каждого из них. Если вы не уверены, какой тип лучше, читайте дальше.

Твердотельные батареи

Хотя литий-ионные батареи не новы, технология все еще находится в зачаточном состоянии. Toyota, например, в настоящее время проводит экспериментальные исследования в этой области, чтобы сохранить конкурентоспособность на рынке электромобилей. Volkswagen также начал сотрудничать с небольшими технологическими компаниями с целью разработки твердотельных аккумуляторов для автомобильных приложений.

Твердотельные батареи могут упростить внутреннюю структуру и упаковку батареи. Это может снизить стоимость производства. Исследователи изучат это потенциальное использование, используя дифференциальные уравнения для моделирования твердотельных батарей. Для начала исследователи изучат опубликованную литературу по моделям батарей. Полученные модели позволят определить рабочие характеристики твердотельной батареи.

Литий-ионный аккумулятор имеет двухфазную конструкцию с одним или несколькими твердыми электролитами, отделяющими жидкость от твердого. Эта конструкция имеет ряд преимуществ. Использование гибридного электролита дает дополнительные преимущества, такие как повышенная стабильность в течение длительного времени. Твердый полимерный электролит также имеет преимущества перед чистым жидким электролитом.

Твердотельные литий-ионные аккумуляторы способны хранить большое количество энергии, что делает их хорошими кандидатами для будущих устройств хранения энергии. Эти батареи имеют более высокую плотность энергии и превосходные показатели безопасности. Их самая большая проблема заключается в границе между твердым электролитом и электродом. Важно понимать, как формируется интерфейсный слой и как решить эту проблему.

Литий-ионные аккумуляторы

По сравнению с твердотельными батареями литий-ионные батареи легкие, прочные и могут лучше работать в штабелируемых упаковках. Однако они могут быть нестабильными и могут взорваться или вызвать пожар при воздействии высоких температур. Тем не менее, литий-ионные аккумуляторы являются самым безопасным и надежным вариантом для электромобильности.

По мере того, как электромобили становятся все более популярными, отрасль сосредотачивается на повышении производительности аккумуляторов. Хотя литий-ионные аккумуляторы долгое время были доминирующим вариантом, новые твердотельные аккумуляторы вскоре могут занять лидирующие позиции в технологии электромобилей. Твердотельные батареи имеют более высокую плотность энергии и могут увеличить запас хода автомобиля на пятьдесят-сто процентов.

Литий-ионные батареи содержат жидкие электролиты, а твердотельные батареи состоят из твердых материалов. Основное различие между двумя типами заключается в способе хранения электролитов. Твердотельные батареи более стабильны, чем литий-ионные, и могут быть в 2.5 раза мощнее, чем их жидкие аналоги.

Твердотельные батареи могут быть дороже, чем литий-ионные. Также известно, что они страдают от короткого замыкания. Это связано с тем, что частицы металлического лития могут накапливаться на одной стороне батареи. Этот дендрит проткнет сепаратор, вызывая короткое замыкание.

Литий-ионные аккумуляторы содержат жидкие электролиты, которые могут быть летучими и легковоспламеняющимися. Твердотельные аккумуляторы не содержат жидких компонентов, поэтому они менее пожароопасны, чем литий-ионные аккумуляторы. Они также требуют меньше систем безопасности, чем литий-ионные батареи. Твердотельные батареи также предлагают более высокую плотность энергии.

Жидкостно-ионные аккумуляторы

Жидкостно-ионные аккумуляторы — отличный выбор для электромобилей, поскольку их легко хранить и разряжать. Однако у них есть некоторые недостатки. В литий-ионных батареях может развиться состояние, называемое тепловым разгоном, которое возникает, когда одна ячейка в батарее начинает нагреваться и заставляет другие ячейки в батарее следовать этому примеру. В конечном итоге это вызывает возгорание внутри аккумуляторной батареи, которое бывает трудно потушить. Литий-ионные аккумуляторы также имеют склонность к утечке электролита, который легко воспламеняется. Следовательно, эти батареи необходимо заряжать перед использованием.

Твердотельные аккумуляторы также имеют свои недостатки. Хотя они намного легче и компактнее, чем литий-ионные батареи, они не так долговечны, как традиционные батареи. Кроме того, они менее эффективны при экстремальных температурах, что делает их менее полезными для транспортных средств. Кроме того, они могут быть более нестабильными и могут вызвать пожары и взрывы.

Твердотельные батареи также имеют то преимущество, что они более энергоемкие. Их плотность энергии в два-три раза выше, чем у литий-ионных аккумуляторов. Это означает, что они будут меньше и легче, что может быть выгодно для потребителей. Кроме того, они могут дать электромобилям большую дальность полета. Это может быть очень полезно для окружающей среды.

Твердотельные аккумуляторы также обладают большей емкостью. Хотя они все еще находятся на экспериментальной стадии, они способны хранить больше энергии, чем их жидкоионные аналоги. Некоторые автопроизводители, в том числе Toyota и Volkswagen, вкладывают огромные средства в разработку твердотельных аккумуляторов для автомобилей. Некоторые из этих компаний планируют вывести эту технологию на массовый рынок к концу 2024 года.

Электролит в литий-ионном аккумуляторе

Ученые все еще ищут идеальный литий-ионный аккумулятор. Они хотят, чтобы он имел высокую плотность энергии, а также был безопасным в использовании. Многие используемые в настоящее время батареи содержат жидкие электролиты, которые могут быть легко воспламеняющимися. Твердотельные литий-ионные аккумуляторы полностью состоят из твердых компонентов и могут быть более безопасными в использовании. Новые исследования привели к разработке нового твердого электролита.

Одним из преимуществ твердотельных аккумуляторов является их низкотемпературная работа. Жидкие электролиты не выдерживают высоких температур, а твердые электролиты могут. Твердый электролит также поддерживает операции быстрой зарядки без ухудшения характеристик. Кроме того, для его изготовления требуется меньше материалов и энергии. Твердотельные батареи могут быть проверены только в том случае, если их можно производить массово.

Твердотельные литиевые батареи имеют такой же механизм извлечения, как и литий-ионные батареи. Электроды выполнены из металла, а электролит представляет собой жидкий или твердый материал. Ионы лития движутся через электролит, что создает электрический поток.

Твердые электролиты не требуют сепаратора.

Еще одним недостатком твердотельных аккумуляторов является их высокая стоимость. Хотя они дешевле, чем жидкостные батареи, они еще не производятся массово. Твердый электролит должен быть химически инертным и хорошо проводить ионы между двумя электродами. Другим недостатком твердотельных батарей является то, что они имеют более короткий жизненный цикл, чем их жидкостные аналоги.

Анод в литий-ионном аккумуляторе

Считается, что твердотельные литиевые батареи имеют меньший риск возгорания и требуют меньшего количества оборудования для обеспечения безопасности. Они также имеют то преимущество, что могут использовать литий-металлические аноды для высокой плотности энергии. В настоящее время исследованиями и разработками твердотельных аккумуляторов занимаются более пятидесяти компаний. Некоторые даже указали, что они разрабатывают запатентованные технологии твердотельных электролитов. Производители автомобилей и крупные производители аккумуляторов также вложили средства в эту новую технологию.

Основным недостатком твердотельных аккумуляторов является нестабильность поверхности раздела электрода и электролита. Это приводит к тому, что интерфейсный слой пассивируется и препятствует диффузии Li+ через границу электрод-SSE. Кроме того, циклическое воздействие высокого напряжения может разрушить SSE, вызывая его окисление.

Графит исторически служил анодом для литий-ионных аккумуляторов, но начинающие компании сейчас разрабатывают более эффективные альтернативы. Кремний, распространенный первичный материал, используемый в литий-ионных батареях, имеет гораздо более высокую плотность энергии на единицу объема, чем графит.

Литий-металлические аноды также становятся доступными для твердотельных литиевых батарей. Литий-металлические аноды могут быть изготовлены с высокой плотностью энергии и повышенной емкостью.