Indhold
En dyre nødvendighed
Men faststofelektrolytter er dyre at fremstille. Som Dr. Lorenzo Grande, en teknologeanalytiker hos IDTechEx, der vil præsentere et webinar om solid-state batteriteknologi den 25. oktober (detaljer her, hvis du vil lytte til), fortalte mig, “pris pr. Kvadratmeter stiger eksponentielt med størrelse på det batteri, du vil oprette. ”
Prisen pr. Kvadratmeter stiger eksponentielt med batteriets størrelse.
Omkostningerne til et tyndfilmsbatteri kan være $ 20-30 for en lille RFID, men omkostningerne ville være uoverkommelige ved smartphone-batteriniveauer. I den skala kunne et solidt alternativ alternativ koste tusinder af dollars for et enkelt batteri.
Dette er helt klart en barriere for mainstream-elektroniske applikationer. Men som Dr. Grande påpegede og henviser til aktuelle begivenheder:
Lithium-ion-batterier, som vi kender dem, indeholder brændbare elektrolytter. Disse elektrolytter er typisk fremstillet af organiske stoffer eller kemikalier, der er meget brandfarlige.
Når vi overvejer at udskifte disse elektrolytter med et solidt modstykke, er den umiddelbare fordel at skifte fra en brandfarlig væske til noget fast stof, som enten ikke er brandfarligt eller er meget mindre brandfarligt og derfor mere sikkert for brugeren.
Årsagen til, at alle bruger flydende elektrolytter, er fordi faste elektrolytter enten ikke er fuldt udviklet endnu eller stadig er for dyre at fremstille i stor skala.
Når det er sagt, er det klart, at faststofbatterier har en stor fremtid inden for forbrugerelektronik foran dem, lige så længe vi kan få produktionsomkostningerne nede. Selvom det stadig er meget nogensinde, tror Dr. Grande, at et firma som Samsung, der har lidt enorm skade på sit sikkerhedsrygdom for nylig, måske er blandt de første, der annoncerer et faststofbatteri i en smartphone, selvom det koster dem penge til at gøre det.
Hvor vi er på
Som Dr. Grande fortalte mig, de fleste virksomheder, der skaber nyheder i solidt og alternativt batteriteknologisk verden (som Enevate, der har et silicium-lithium-ion-batteri, der skal udgå en hvilken som helst dag nu), har tendens til at være de små startups har brug for reklame. Og alligevel er endda Enevate åben for omkostningerne ved alternativer til det, vi har nu, idet vi indrømmer, at ydelsen skalerer med pris, så et højtydende batteri stadig har en relativt høj pris.
Men hvor avanceret forskningen inden for faststofelektrolytter er hos store virksomheder som Samsung og LG, der producerer både batterier og forbrugerelektronik, er meget sværere at måle. Hvad de nuværende markedsledere inden for mobilbatterieteknologi har opnået bag lukkede døre, kunne være meget avancerede, men af konkurrencemæssige årsager offentliggør de det ikke.
I de næste par år vil væskebaserede elektrolytter i lithium-ion-batterier være en saga fortid.
Ikke desto mindre er en forsker som Dr. Grande overbevist om, at flydende baserede elektrolytter i lithium-ion-batterier i de næste par år vil være en saga fortid: ”Solid-state-batterimarkedet er beregnet til at være en spiludveksler på området . Virksomheden, der formår at fange værdikæden bag faststofbatterier, vil generere en omskiftning af de største markedsaktører. ”
Naturligvis har asiatiske batteriselskaber en stærk interesse i at opretholde deres dominans, men der har for nylig været en masse interesse og investeringer i USA og Europa. Afhængig af, hvem der definerer den dominerende teknologi, og hvem der formår at gøre det på en omkostningskonkurrencemæssig måde, kan de nuværende markedsledere muligvis miste en betydelig mængde af deres markedsandel til faststofbatterier i fremtiden.
Nuværende markedsledere mister muligvis en betydelig mængde af deres markedsandel til faststofbatterier.
Årsagen til, at tingene er så dårligt definerede lige nu, er, at der er omkring otte forskellige kategorier af faststofelektrolytter, der kunne bruges i mobil elektronik. Hver elektrolytformulering har forskellige fordele, hvilket betyder, at hver type vil være mere eller mindre anvendelig på et marked afhængigt af dets særlige prioriteringer.
Fordele ved fast tilstand
Forøget sikkerhed kombineret med længere levetid og højere kapacitet giver en smuk overbevisende salgsgrad.
Så hvad er de største fordele ved faststofbatterier? Sikkerheden er høj blandt dem, idet faststofelektrolytter ikke kun er mindre brandfarlige, men også mere stabile og mindre tilbøjelige til den termiske løbning, der resulterer i batterieksplosioner.
Men faststofelektrolytter er også mindre reaktive end flydende, så de kan forventes at vare meget længere. Solid-state-batterier muliggør også øget energitetthed, "op til to gange de aktuelle værdier, hvis disse batterier også har grafitanoden erstattet med en lithiummetallanode". Forøget sikkerhed kombineret med længere levetid og højere kapacitet giver en smuk overbevisende salgsgrad.
Men hvordan fabrikanter vil vælge at rulle faststofbatterier ud er nogen. Producenter kan vælge at holde den fysiske størrelse på et batteri den samme størrelse, som de er i dag, med større batterilevetid som fordelen. Eller de kan vælge at reducere batteriets samlede størrelse, mens de opretholder den eksisterende "heldags" batterilevetid, vi er vant til.
Dette kan virke som et indlysende valg - hvem ville ikke vælge en telefon, der markedsføres som 2-3 timers batterilevetid? - men husk, at faststofbatterier er dyre at fremstille.
Var det mere sandsynligt, at mindre solid-state-batterier blev introduceret først med batterilevetid svarende til, hvad der fik nu.
Det betyder, at vi med større sandsynlighed ser mindre solid-state-batterier, der først introduceres med batterilevetid, svarende til det, vi får fra eksisterende væskebaserede elektrolytter. I det mindste indtil omkostningerne ved fremstilling af faststofelektrolytter kan nedbringes.
Hvornår kommer den?
Så hvornår kan vi forvente at se faststofbatterier overtage? Ifølge Dr. Grande er bilindustrien det ultimative slutspil. Det betyder, at bilindustrien bliver nødt til at vente længst på grund af dens strenge sikkerhedskrav. Men det betyder, at andre felter kan forventes at se faststofbatterier rulles ud meget tidligere.
Denne teknologi vil virkelig ikke være moden nok til mobiltelefonmarkedet i yderligere 4-5 år.
”Dronemarkedet er på mange måder et første skridt for den næste generation af faststofbatterier,” siger Dr. Grande, ”og dette vil ske allerede i 2017. Det andet marked ville være bærbart og derefter større forbrugerelektronik som smartphones . Men denne teknologi er ikke rigtig nok moden til mobiltelefonmarkedet i yderligere 4-5 år. ”
Selv med denne temmelig velkendte klingende tidsramme er faststofelektrolytter i batterier - eller en anden ny batteriteknologi - for længe forfaldt: ”Lithium-ion nærmer sig sine tekniske begrænsninger, og den flydende elektrolyt er en af grundene til det. Når først solide elektrolytter er aktiveret i dronemarkedet og forbrugerelektronikmarkedet, vil alle virksomheder se de ekstra fordele ved at bruge denne teknologi til at skabe bedre batterier.
Sidste ord
Som altid er problemet omkostninger og masseoptagelse. De oprindelige investeringsomkostninger er stadig høje, og vi venter stadig på, at mainstream-masseproduktionsmodellen skal defineres. Men når et firma som Samsung beslutter at tage springet ned i et forbrugerprodukt, vil de enorme stigninger i produktionsvolumen hjælpe med at nedbringe produktionsomkostningerne.
Hvad de største batteriproducenter har gjort indtil videre er skaderegulering. Der er dog ingen sølvkugle i denne henseende.
”Hvad de største batteriproducenter har gjort indtil videre er at udføre skaderegulering, dvs. tilføje en flammehæmmer til en væskebaseret elektrolyt. Der er dog ingen sølvkugle i denne henseende. Batteriproducenter har tilføjet tilsætningsstoffer i mange år nu, men som du kan se af nyhederne, kan der stadig ske dårlige ting. ”
Solid-state kan være fremtiden, men som Dr. Grande advarer, "vi er stadig ikke sikker på, hvilken af disse teknologier der vil komme til massemarkedet." Det må også indrømmes, at "hvad der er der lige nu, ikke er på niveau med ydelsen af flydende elektrolytter ”. Men når teknologien når modenhed, er der ingen tvivl om, at solidt tilstand overtager.
Kan du lide lyden fra faststofbatterier? Tror du, at dette kan hjælpe Samsungs image?
Hvis du gerne vil være med i Dr. Lorenzo Grands webinar om solidt-state-batterier til IDTechEx, skal du klikke her. Der er flere sessioner den 25. oktober.
