Ինչու՞ են էլեկտրական մեքենաների պինդ վիճակի մարտկոցներն ավելի լավ, քան լիթիում-իոնային մարտկոցները:

Մենք մեզ շրջապատող տեխնոլոգիաների մեծ մասն ընդունում ենք որպես տրված: Օրինակ՝ միկրոհամակարգիչներ հեռախոսների համար, որոնք աշխատում են առանց լիցքավորման ամբողջ օրը: Բայց ես ուզում եմ, որ հեռախոսը 3-4 օր աշխատի առանց լիցքավորման։ Կամ էլեկտրական մեքենա, որը կարող է անցնել 1000 կիլոմետր, լիցքավորվել հաշված րոպեների ընթացքում... և արժե ավելի քիչ, քան բենզինային շարժիչով մեքենան: Տարիների ընթացքում շատ է խոսվել պինդ մարտկոցների մասին, բայց ինչպե՞ս են ընթանում գործերը հիմա: Եվ դեռ ինչքա՞ն պետք է սպասել պինդ վիճակի մարտկոցներ կհայտնվե՞ք մեր սարքերում:

Ամենաթարմ օրինակը Toyota-ն է, որը ձմեռային Օլիմպիական խաղերի ժամանակ հայտարարեց պինդ մարտկոցով մեքենայի մասին: Լիթիում-իոնային մարտկոցները, որոնք մենք այսօր օգտագործում ենք, որքան էլ մեծ են, ունեն որոշակի թերություններ, որոնք փորձում են լուծել պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցները:

Ի՞նչ ընդհանուր բան ունեն նրանք:

Երկու տեսակներն էլ օգտագործում են լիթիում էլեկտրաէներգիա արտադրելու համար, և նրանց ընդհանուր կառուցվածքը բավականին նման է: Պարզ ասած, նրանք ունեն անոդ (բացասական էլեկտրոդ), կաթոդ (դրական էլեկտրոդ) և էլեկտրոլիտ:

Նրանց հիմնական տարբերությունը կայանում է էլեկտրոլիտի վիճակում, որն օգնում է լիցքավորման ժամանակ իոնները փոխանցել կաթոդից անոդ և հակառակը՝ լիցքաթափման ժամանակ։ Այլ կերպ ասած, էլեկտրոլիտը կարգավորում է էլեկտրական հոսանքի հոսքը մարտկոցի բացասական և դրական կողմերի միջև: Մինչ լիթիում-իոնային մարտկոցները օգտագործում են հեղուկ էլեկտրոլիտներ, պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցները, ինչպես ենթադրում է իրենց անունը, օգտագործում են պինդ էլեկտրոլիտի բարակ շերտեր:

Ինչու է սա կարևոր:

Պինդ էլեկտրոլիտներն ունեն մի շարք նշանակալի առավելություններ.

1. Անվտանգություն՝ pթթվային էլեկտրոլիտներ ցնդող և հեշտությամբ բռնկվում է բարձր ջերմաստիճանում: Ի տարբերություն նրանց՝ պինդ էլեկտրոլիտներն ավելի կայուն են և նվազեցնում են հրդեհի կամ պայթյունի վտանգը։
2. Ավելի բարձր էներգիայի խտությունը և ավելի արագ լիցքավորման ժամանակ՝ pկայունության բարձրացումը նշանակում է, որ պինդ վիճակում մարտկոցները կարող են 50%-ով ավելի շատ էներգիա պահել, քան իրենց լիթիում-իոնային նմանակները, մինչդեռ ակնկալվում է, որ 80 րոպեի ընթացքում դրանք կհասնեն 12%-ի լիցքավորման:

Ձախ կողմում մենք տեսնում ենք լիթիում-իոնային մարտկոցի կառուցվածքը, իսկ աջում՝ պինդ մարտկոցի կառուցվածքը։

3. Ավելի թեթև քաշ և չափ. Թեև լիթիում-իոնային մարտկոցների մեջ առկա հեղուկը դրանք ավելի ծանր է դարձնում, պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցների կոմպակտ կառուցվածքը թույլ է տալիս ավելի մեծ էներգիայի խտություն ունենալ մեկ միավորի վրա, ինչը նշանակում է, որ ավելի քիչ մարտկոցներ են պահանջվում:

Արդյո՞ք պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցները կփոխարինեն լիթիում-իոնային մարտկոցներին:

Տեսականորեն՝ այո, կամ, համենայնդեպս, ամեն ինչ դեպի այնտեղ է գնում: Փաստորեն, շատ ավտոարտադրողներ արդեն ներդրումներ են կատարում այս տեխնոլոգիայի մեջ, այդ թվում՝ Volkswagen-ը, Toyota-ն, Ford-ը և BMW-ն: Այնուամենայնիվ, գործնականում պինդ մարտկոցների բջիջները մեկ առ մեկ արտադրվում են լաբորատորիաներում, և դրանք զանգվածային արտադրության հասցնելու համար. թանկ և դեռևս անբավարար մշակված առաջադրանք։

Դժվար է ստեղծել պինդ էլեկտրոլիտ, որը կլինի և՛ կայուն, քիմիապես իներտ, և՛ լավ հաղորդիչ իոնների էլեկտրոդների միջև: Բացի այդ, էլեկտրոլիտները չափազանց թանկ են արտադրության համար և հակված են ճաքերի՝ իրենց փխրունության պատճառով, երբ ընդլայնվում և սեղմվում են օգտագործման ընթացքում: Բայց, հավանաբար, երբ լիթիում-իոնային մարտկոցները աստիճանաբար դառնում են ավելի մատչելի, դա տեղի կունենա:

Ի՞նչ ուսումնասիրություններ են արդեն արվել։

Վերջին տարիներին բազմաթիվ հետաքրքիր ուսումնասիրություններ են իրականացվել, որոնց նպատակն է լուծել այս խնդիրը։ MIT-ի հետազոտողները մշակել են այսպես կոչված խառը իոն-էլեկտրոնային հաղորդիչներ (MIEC), ինչպես նաև էլեկտրոնային և լիթիում-իոնային մեկուսիչներ (ELI): Դա եռաչափ բջջային ճարտարապետություն է՝ նանոմաշտաբով MIEC խողովակներով: Խողովակները լցված են լիթիումով, որը կազմում է անոդը։ Այս հայտնագործության հիմնական մասն այն է, որ բջջային կառուցվածքը թույլ է տալիս տարածություն, որպեսզի լիթիումը ընդլայնվի և կծկվի լիցքավորման և լիցքաթափման ժամանակ: Մարտկոցի այս «շնչառությունը» կանխում է ճաքերը։ ELI խողովակների ծածկույթը գործում է որպես խոչընդոտ՝ պաշտպանելով դրանք պինդ էլեկտրոլիտից: Սա պինդ մարտկոցի կառուցվածքն է, որը մեզ փրկում է ցանկացած հեղուկ կամ գել ավելացնելու անհրաժեշտությունից և, հետևաբար, թույլ է տալիս խուսափել դենդրիտներից։

Մի ընկերություն զանգահարեց Իոնների պահպանման համակարգեր մշակել է գերբարակ կերամիկական էլեկտրոլիտ՝ մոտ 10 միկրոմետր հաստությամբ, մոտավորապես նույն հաստությամբ, ինչ ժամանակակից պլաստիկ տարանջատիչները, որոնք օգտագործում են հեղուկ էլեկտրոլիտներ: Կերամիկական էլեկտրոլիտի յուրաքանչյուր կողմ պատված է ալյումինի օքսիդի գերբարակ շերտով, որն օգնում է նվազեցնել դիմադրությունը: Մարտկոցի նախատիպն ունի մոտ 300 Վտ/կգ էներգիայի հզորություն և կարող է լիցքավորվել 5-10 րոպեում։ Համեմատության համար՝ ժամանակակից NCA մարտկոցները հասնում են մոտ 250 Wh/kg էներգիայի հզորության:

Ցուցահանդեսին CES Այս տարի Mecedes-ը ցուցադրեց էկոլոգիապես մաքուր նյութերից պատրաստված AVTR կոնցեպտ մեքենան, որն ունի նաև ամբողջությամբ վերամշակվող մարտկոց: Հարցազրույցում Mercedes-ի մարտկոցների հետազոտության ավագ մենեջեր Անդրեաս Հինտենախը հայտարարել է, որ մարտկոցների տեխնոլոգիան ներկայումս լաբորատոր փորձարկում է անցնում և պատրաստ կլինի 10-15 տարի հետո։ CATL-ը (Tesla-ի չինական մարտկոցների գործընկերը) նույնպես մշակել է պինդ վիճակում գտնվող մարտկոցի նմուշ, սակայն նրանք հայտնել են, որ այն շուկա դուրս չի գա մինչև 2030 թվականը:

Սպասվում է պինդ մարտկոցների շարունակական արտադրություն կուղղվի 2025 թվականից, բայց սկզբում ոչ ավտոմոբիլային ոլորտում:

Կարդացեք նաև.

• Մեծ մարտկոցը և արագ լիցքավորումը դեռ չեն կարող գոյակցել
• Մշակվել է արագ լիցքավորման նոր տեսակ՝ լիթիումային մարտկոցները կլիցքավորվեն 10 րոպեում