Tahke oleku liitiumaku rakkude tekkimine on tööstuse ettekujutuse täielikult ümber kirjutanud, et "vedel elektrolüüt=ohutusoht". Kui traditsioonilised vedelad elektrolüüdid asendatakse tahkete elektrolüütidega, ei saavuta akurakud mitte ainult nõela löömise ja ekstrusiooni testides null süüteid, vaid tekitavad ka energiatiheduse mõju kuni 400Wh/kg, muutudes järgmise põlvkonna tehnoloogia põhisuunaks energiaakude jaoks.
1 Tehnoloogilise marsruudi „kolm kuningriiki”: erinevate elektrolüütide mäng
Polümeeri elektrolüüt põhineb PEO -l (polüetüleenoksiid), toatemperatuuriga ioonjuhtivusega on ainult 10 ⁻⁴ s/cm, kuid sellel on hea painduvus ja sobib sidumiseks pehmete pakkrakkudega. Toyota tahkis aku prototüübiauto võtab selle lahuse kasutusele, vähendades elektrolüüdi paksust 20 μm-ni ja ühendades selle suure mahutavusega ränipõhise negatiivse elektroodiga, saavutades kiire laadimise 10 minutiga 80% -ni ja vahemikus üle 1000 kilomeetri. Selle madala temperatuuriga jõudlus on siiski nõrgem, juhtivuse vähenemine 50% -l -10 kraadi juures, mis muudab selle parasvöötme piirkondades kasutamiseks sobivamaks.
Sulfiidi elektrolüüdi juhtivus ületab 10 ⁻ s/cm, lähenedes vedela elektrolüüdi tasemele, kuid see on kalduvus kehvade mehaaniliste omaduste tõttu pragunemisele. Panasonic kasutab nanokomposiittehnoloogiat selle segamiseks süsiniknanotorudega, suurendades elektrolüüdi tõmbetugevust 15 MPa -ni, mis talub laadimise ja tühjendamise ajal akuelemendi mahu muutumist. Selle suurim eelis on madala temperatuuriga jõudlus, mahutavuse säilitamise määr on 90% -20 kraadi, mis muudab selle sobivaks elektrisõidukitele sellistes külmades piirkondades, näiteks Põhja -Euroopas. Sulfiididel on aga hüdrolüüsi ja toota H ₂ S gaasi, mis nõuab tootmiskeskkonnas äärmiselt suurt tihendamist.
Oksiidi elektrolüütidel (näiteks llzo liitium lantaan tsirkooniumoa hapnik) on parim stabiilsus ja ta talub kõrgeid temperatuure 800 kraadi. Samsung on teinud neist õhukesteks keraamilisteks lehtedeks, paksusega ainult 50 μm, tagades isolatsiooni ja vähendades sisemist vastupidavust. Selle puudused on aga kõrge rabeduse ja liidese takistus. Teatud Hiina Teaduste Akadeemia meeskond kasutas tehnoloogiat "ioonvedeliku sisseimbumise" tehnoloogiat, et moodustada elektrolüüdi ja elektroodi vahel puhverkiht, vähendades liidese impedantsi 60% võrra ja parandades rakkude kiiruse jõudlust 3C -ni (täielikult laetud 30 minutiga).
2 Läbimurre masstootmise raskustes: hüpe laborist tootmisliinile
Liidese takistus on tahkisrakkude Achilleuse kand. Tahkete elektrolüütide ning positiivsete ja negatiivsete elektroodide vaheline kontakt on enamasti punktkontakt, mille tulemuseks on kõrge vastupidavus liitiumioonide juhtivusele. Selle probleemi lahendamise võti seisneb liidese muutmises. LG uus energia võtab kasutusele "aatomikihi sadestumise" tehnoloogia, et kasvatada 5Nm paksust Li ₂ O üleminekukihi positiivse elektroodi pinnale, mis suurendab liitiumiioonide migratsiooni kiirust kolm korda. Kodumaiste ettevõtete välja töötatud "sula sissetungimismeetod" soojendab elektrolüüti sula olekusse ja kontaktb selle elektroodiga, moodustades tihedad tahke tahke liidese, mille tulemuseks on aku raku tsükli kestus üle 2000 korda.
Masstootmise tehnoloogia innovatsioon on võrdselt ülioluline. Sulfiidi tahkiste akurakkude kuiv moodustav protsess välistab traditsioonilise niiske katte lahusti taastumisetapi, vähendades energiatarbimist 40%; Oksiidi elektrolüütide valamistehnoloogia võib saavutada pideva 10 meetri minutis, mis on kümme korda tõhusam kui varajane partii tootmine. Kodumaise ettevõtte tahkis-akuelementide pilootjoon on saavutanud tootluse määra 78%, mille maksumus on 30% suurem kui vedelate aku lahtrite oma. Eeldatakse, et see langeb samale tasemele pärast suuremahulist tootmist 2027. aastal.
3 Spetsiaalsetes valdkondades teerajaja rakendamine: Turvalistele rakendused
Spetsialiseeritud valdkonnas on tahkis-patareid näidanud ainulaadseid eeliseid. Madala temperatuuriga tahke olekuga akude akud sõjaväevaldkonnas on tühjendusmahu säilitamise määr 85% -40 kraadi juures, ületades kaugelt 50% traditsioonilistest akudest ning see võib täita polaarse teaduslike uurimisseadmete ja kõrgperioodiga luurelennukite toiteallikavajadusi. Meditsiiniseadmetes kasutatavate tahkete olekute patareide eluiga on kuni 10 aastat elektrolüütide lekkeriskide puudumise tõttu, muutes need defibrillaatorite ja implanteeritavate insuliinipumpade jaoks uueks valikuks. Teatud meditsiiniettevõtte implanteeritav aku kasutab oksiidi tahkisrakke, vähendades selle mahtu 40%ja pikendades patsiendi riietustsüklit 1 aastalt 3 aastani.
Ka tarbeelektroonikatööstus on hakanud veekogusid testima. Teatud nutikella kaubamärk on varustatud polümeeri tahkis-aku lahtritega, paksus on ainult 2 mm ja energiatihedus 700WH/L. Aku kestvust on pikendatud 7 päevast 14 päevani ja pärast 1,5-meetrise tilgatesti läbimist pole tulekahjuohtu. Mehitamata õhusõidukite valdkonnas on sulfiidi tahke oleku patareide kõrge kiirusega omadused lühendanud kiire laadimisaega 1 tunnilt 20 minutile, parandades oluliselt operatiivset tõhusust.
Tahkis liitiumakulude arendamine ei ole mitte ainult elektrolüütide lihtne asendamine, vaid ka süstemaatiline uuendus kogu akuelemendi kujundamisel, materjalis ja tootmisprotsessis. Tehnoloogia küpsedes määratleb see uuesti liitiumpatareide ohutusstandardid ja jõudluspiirid, süstides uut hoogu uude energiatööstusse.