Η τεχνολογία των μπαταριών^(Battery) έχει προχωρήσει πολύ όλα αυτά τα χρόνια. Gadget όπως τα drones και τα smartphones δεν θα ήταν πρακτικά χωρίς προηγμένη σύγχρονη τεχνολογία μπαταριών. 

Ωστόσο, οι μπαταρίες θα μπορούσαν να είναι πάντα καλύτερες! 

Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης φαίνεται να είναι η επόμενη μεγάλη εξέλιξη και τα προϊόντα που τις χρησιμοποιούν είναι στη γωνία. Αυτό σημαίνει ότι τώρα είναι η τέλεια στιγμή για να εξοικειωθείτε με το τι είναι και γιατί είναι σημαντικά.

Τι σημαίνει «Στερεά κατάσταση»;

Είτε πρόκειται για μπαταρία αυτοκινήτου μολύβδου, είτε για αλκαλικές μπαταρίες μιας χρήσης ή για μπαταρίες πολυμερούς λιθίου^{(lithium polymer batteries)} σε ένα τηλέφωνο, όλα χρησιμοποιούν έναν υγρό ηλεκτρολύτη. Ο ηλεκτρολύτης είναι μια αγώγιμη ουσία που συνδέει τους δύο εσωτερικούς ακροδέκτες της μπαταρίας. Τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω του ηλεκτρολύτη, επιτρέποντας στην μπαταρία είτε να δημιουργήσει ένα ηλεκτρικό φορτίο είτε να το αποφορτίσει.

Μια μπαταρία στερεάς κατάστασης χρησιμοποιεί έναν στερεό ηλεκτρολύτη, αντί για τον παραδοσιακό υγρό ηλεκτρολύτη. Αυτή είναι η μόνη θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των δύο τεχνολογιών μπαταρίας. Ακούγεται αρκετά απλό, αλλά οι μηχανικοί και οι επιστήμονες αγωνίζονται εδώ και δεκαετίες για να βρουν ένα στερεό υλικό που μπορεί να λειτουργήσει ως ηλεκτρολύτης.

Τι είναι δύσκολο^(Hard) για τις μπαταρίες στερεάς κατάστασης ;^{(Solid State)}

Διάφορα υλικά, όπως κεραμικά και μέταλλα λιθίου, προσφέρουν δυνατότητα ως ηλεκτρολύτες στερεάς κατάστασης. Το πρόβλημα είναι ότι η κεραμική προσέγγιση είχε ως αποτέλεσμα κακή απόδοση της μπαταρίας. Τα μέταλλα λιθίου είναι πολλά υποσχόμενα, αλλά έχουν ένα μοιραίο ελάττωμα. Καθώς η μπαταρία φορτίζεται και αποφορτίζεται, οι μεταλλικοί «δενδρίτες» αναπτύσσονται μέσω του ηλεκτρολύτη. Η μπαταρία μπορεί να βραχυκυκλώσει και να μετατραπεί σε κίνδυνο.

Η εύρεση πρακτικών και οικονομικά βιώσιμων λύσεων σε αυτά τα ζητήματα ήταν η αποστολή πολλών εταιρειών και ερευνητικών ομάδων τα τελευταία χρόνια. Τώρα αυτή η δουλειά πρόκειται να αποδώσει. 

Γιατί να περάσετε από όλο αυτό τον κόπο; Ας δούμε τα οφέλη που υπόσχονται οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης έναντι των παραδοσιακών.

Ασφάλεια

Οι μπαταρίες αποθηκεύουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας και υπάρχει πάντα ο κίνδυνος αυτή η ενέργεια να απελευθερωθεί με ανεξέλεγκτο τρόπο. Όταν συμβεί αυτό, μπορεί να σημαίνει πυρκαγιά, εκρήξεις και άλλα ανεπιθύμητα αποτελέσματα. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης, υποθέτοντας ότι το πρόβλημα δενδρίτη έχει επιλυθεί, υπόσχονται να είναι ασφαλέστερες και πιο σταθερές. Πρώτον, δεν είναι εύφλεκτα, επομένως οι πυρκαγιές μπαταριών πρέπει να ανήκουν στο παρελθόν.

Αυτό δεν είναι σημαντικό μόνο για ηλεκτρικά οχήματα, όπως αυτοκίνητα και drones, αλλά και για προσωπικά ηλεκτρονικά είδη, όπως smartphone και φορητούς υπολογιστές. Πολλοί άνθρωποι τραυματίζονται κάθε χρόνο από πυρκαγιές μπαταριών στα ηλεκτρονικά τους gadget. Ολόκληρα σπίτια έχουν καεί ολοσχερώς!

Ταχύτητα επαναφόρτισης

Οι σύγχρονες μπαταρίες λιθίου μπορούν να φορτιστούν με εντυπωσιακές ταχύτητες^{(charge at impressive speeds)} , αλλά χρειάζονται ακόμα πολύ χρόνο για να γεμίσουν. Υπάρχει ένα όριο στο πόση ενέργεια μπορείτε να ρίξετε σε μια παραδοσιακή μπαταρία ιόντων λιθίου προτού όλα πάνε στο πλάι. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης υπόσχονται να φορτίζουν έως και έξι φορές πιο γρήγορα από τις μπαταρίες που χρησιμοποιούμε αυτήν τη στιγμή. Αυτό σημαίνει να φορτίζετε το τηλέφωνό σας από άδειο σε γεμάτο σε πέντε λεπτά ή charging an electric car to 80% in 15 .

Ενεργειακή χωρητικότητα και μέγεθος

Οι μπαταρίες^(Lithium) ιόντων λιθίου έχουν αυτήν τη στιγμή την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από κάθε τύπο μπαταρίας που πωλείται στο κοινό. Ωστόσο, εξακολουθεί να είναι πολλές φορές λιγότερο πυκνό από τη βενζίνη. Ενώ οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης δεν φέρνουν τις μπαταρίες στο ίδιο επίπεδο με το φυσικό αέριο, υπόσχονται υπερδιπλάσια ενεργειακή πυκνότητα ανά όγκο. 

Με άλλα λόγια, εάν αλλάξατε την μπαταρία στο τηλέφωνό σας χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο στερεάς κατάστασης, θα μπορούσε θεωρητικά να λειτουργεί δύο φορές περισσότερο χωρίς να αυξηθεί σε μέγεθος. Αυτό είναι ακόμη ένα μεγάλο σημείο πώλησης για τα ηλεκτρικά οχήματα, τα οποία δεν είναι τόσο δημοφιλή όσο θα μπορούσαν να είναι, χάρη στο άγχος της αυτονομίας.

Διάρκεια ζωής και ανθεκτικότητα

Οι περισσότερες τρέχουσες μπαταρίες ιόντων λιθίου αρχίζουν να υποβαθμίζονται μετά από περίπου 500 πλήρεις κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης. Μετά από αυτό το σημείο, η μπαταρία αρχίζει να χάνει τη χωρητικότητά της^{(battery begins to lose its capacity)} έως ότου δεν μπορεί να φορτίσει καθόλου. Στα smartphone, τα οποία πλέον τείνουν να έχουν σφραγισμένες μπαταρίες, αυτό θέτει ένα αυστηρό όριο στη διάρκεια ζωής της συσκευής. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης υπόσχονται να αυξήσουν σημαντικά αυτό το όριο. Μέχρι και πέντε φορές. 

Έτσι, όπου μια τυπική μπαταρία τηλεφώνου καθημερινής χρήσης μπορεί να αρχίσει να υποβαθμίζεται μετά από δύο έως τρία χρόνια, μια μπαταρία στερεάς κατάστασης θα παραμείνει στην ονομαστική της χωρητικότητα για έως και δεκαπέντε χρόνια^{(fifteen years)} . Στα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, όπου η αντικατάσταση των μπαταριών είναι εξαιρετικά δαπανηρή, αυτό θα μπορούσε να έχει δραματική επίδραση στο κόστος ιδιοκτησίας αυτής της κατηγορίας οχημάτων. 

Αδυναμίες μπαταρίας στερεάς κατάστασης

Αν όλα αυτά ακούγονται πολύ καλά για να είναι αληθινά, υπάρχουν μερικές προειδοποιήσεις για την τεχνολογία. Ορισμένα από αυτά πρέπει ακόμη να επιλυθούν πριν επιτευχθεί η ευρεία υιοθέτηση της τεχνολογίας μπαταριών στερεάς κατάστασης.

• Το κόστος^{(Cost )} είναι ίσως ο μεγαλύτερος εχθρός. Ερευνητικές^(Research) ομάδες και εταιρείες startup εργάζονται σκληρά για να κάνουν τη διαδικασία παραγωγής αυτών των μπαταριών φθηνότερη και επεκτάσιμη. Ορισμένες εταιρείες ισχυρίζονται ότι είναι κοντά, αλλά δεν θα ξέρουμε πόσο επιτυχημένες ήταν μέχρι να δούμε τις πραγματικές τιμές των προϊόντων με αυτές τις μπαταρίες.

• Αυτές οι μπαταρίες δυσκολεύονται επίσης σε χαμηλές θερμοκρασίες^{(struggle at low temperatures)} . Επομένως, λύσεις που περιλαμβάνουν τη μόνωση ή τη διατήρησή τους σε καλή θερμοκρασία λειτουργίας αποτελούν μέρος της πρόκλησης.

Πότε μπορείτε να αγοράσετε μπαταρίες στερεάς κατάστασης ;^{(Solid State)}

Υπάρχουν μερικές εταιρείες όπως η Solid Power και η QuantumScape^{(QuantumScape)} , οι οποίες ισχυρίζονται ότι βρίσκονται στην κορυφή των εμπορικών εφαρμογών μπαταριών στερεάς κατάστασης. 

Η Toyota^(Toyota) σχεδιάζει να διαθέτει ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία στερεάς κατάστασης προς πώληση ήδη από το 2021 . Τόσο το Solid Power όσο και το QuantumScape^{(QuantumScape)} στοχεύουν στην κυκλοφορία μπαταριών για οχήματα το 2022 και το 2024 αντίστοιχα. Αυτό σημαίνει ότι τα επόμενα δύο χρόνια θα μπορούσαμε να είμαστε ακριβώς στην αρχή μιας επανάστασης μπαταρίας. 

Αυτό είναι πριν καν φτάσουμε στις πιθανότητες που προκύπτουν από τη χρήση γραφενίου. Αυτό το θαυμαστό υλικό υπόσχεται ακόμα καλύτερες μπαταρίες, είτε έχουν υγρούς είτε στερεούς ηλεκτρολύτες μέσα τους. Το να βάλετε το γραφένιο να παίζει μπάλα έχει διαφύγει τους επιστήμονες και τους μηχανικούς για περισσότερο από το αναμενόμενο, αλλά μπορείτε ήδη να αγοράσετε ένα υβριδικό powerbank γραφενίου^{(hybrid graphene powerbank)} αυτή τη στιγμή. Πραγματικά^(Truly) , το μέλλον είναι εδώ.

What Are Solid State Batteries and Why Are They Important?

Battery technology hаs 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

• Οδηγός αγοράς SSD (Solid State Drive) για το 2019

• Γιατί το My Amazon είναι στα Ισπανικά; Γλώσσα και άλλες σημαντικές ρυθμίσεις

• 3 τρόποι για να τραβήξετε μια φωτογραφία ή ένα βίντεο σε ένα Chromebook

• Πώς να εντοπίσετε λογισμικό παρακολούθησης ή κατασκοπείας υπολογιστή και email

• Τεχνολογία επίπεδων οθονών απομυθοποιημένη: TN, IPS, VA, OLED και άλλα

• Πώς να κατεβάσετε και να εγκαταστήσετε το Peacock στο Firestick

• Πώς να δημιουργήσετε ένα διαφανές φόντο στο GIMP

• Τι είναι η αξιολόγηση επιβατών της Uber και πώς να την ελέγξετε

• Καλύτερες ρυθμίσεις κάμερας για πορτρέτα

• Τι είναι η λειτουργία Discord Streamer Mode και πώς να τη ρυθμίσετε

• Πώς να χρησιμοποιήσετε το VLOOKUP στα Φύλλα Google

• Πώς να κάνετε οποιονδήποτε ενσύρματο εκτυπωτή ασύρματο με 6 διαφορετικούς τρόπους

• DVI vs HDMI vs DisplayPort – Τι πρέπει να γνωρίζετε

• Πώς να αλλάξετε τη γλώσσα στο Netflix

• 4 τρόποι για να βρείτε τις καλύτερες επιλογές Internet (ISP) στην περιοχή σας

• Πώς να διορθώσετε ένα σφάλμα "Συναλλαγής σε εκκρεμότητα" του Steam

• 7 γρήγορες επιδιορθώσεις όταν το Minecraft συνεχίζει να καταρρέει

• Πώς να κάνετε σίγαση σε κάποιον στο Discord

• Πώς να μεταδώσετε στην τηλεόραση Roku από υπολογιστή ή κινητό

• OLED vs MicroLED: Πρέπει να περιμένετε;