Festkörperbatterie Vs. Lithium-Ionen

Lithium-Ionen-Batterien versorgen alles: von unserem Auto bis zu unseren Handys. Es scheint jedoch, dass Festkörperbatterien sie bald ersetzen werden. Ist das Ende der Lithium-Ionen-Batterien gekommen?

Festkörperbatterien, dh Batterien, die Feststoffe anstelle von Flüssigkeiten verwenden, um Ionen durch ihren Kern zu transportieren, ziehen Investitionen in Milliardenhöhe an.

Darüber hinaus ist Natrium billiger als Lithium, was die Entwicklung kostengünstigerer energiespeicher ermöglichen würde, von kleinen tragbaren elektronischen Geräten bis hin zu Solar- und Windparks. Auf der anderen Seite entzünden sich Festkörperbatterien nicht, ein Problem, das bei Lithiumbatterien auftreten kann.

Untertitel: Festkörperbatteriematerialien:

Eine Lithium-Ionen-Batterie besteht aus zwei Metallelektroden (oder Verbundelektroden), einer Kathode und einer weiteren Anode, die in eine leitfähige Flüssigkeit (Elektrolyt) eingetaucht sind. Die Menge wird als Zelle bezeichnet. Und die Kombination mehrerer Zellen bildet die Batterie.

Der Hauptunterschied zwischen einer Festkörperbatterie und einer Lithium-Ionen-Batterie liegt im Elektrolyten. Im ersten Fall handelt es sich um eine Flüssigkeit und im zweiten um ein festes Material, das sich nicht entzündet.

Untertitel 2: Lithium-Ionen-Batterietechnologie:

Lithium-Ionen-Batterien haben die Grundlagen der weltweiten Infrastruktur verändert. Von der Energieerzeugung über die Verteilung von Elektrizität, den Transport von Personen und Gütern bis hin zum Betrieb von Computergeräten und sogar dem Internet.

Ein Szenario, das während des oben genannten Kongresses analysiert wurde, bei dem die neuesten Innovationen auf dem Gebiet der Batterien - Natrium, ohne Kobalt und sogar Festkörperbatterien - die Hauptakteure der Veranstaltung waren. Darüber hinaus betonten viele Forscher, dass Lithiumbatterien im Vergleich zu anderen potenziellen Wettbewerbern heute in Bezug auf Leistung und niedrige Kosten erfolgreicher sind.

Die Regierungszeit von Lithium ist aus mehreren Gründen mehr als gerechtfertigt. Erstens hört die Entwicklung von Lithiumbatterien nicht auf, sich weiterzuentwickeln, so dass sich die Energiedichte jährlich zwischen 5 und 10% verbessert. Als ob das nicht genug wäre, sind Lithium-Ionen-Batterien aus wirtschaftlicher Sicht im Vergleich zu anderen Vorschlägen zunehmend wettbewerbsfähiger. Es wird immer billiger, diese Batterien herzustellen, deren Anwendungen erweitert werden, einschließlich stationärer Lagerung in jeder Größenordnung und ihres Eindringens in den Bereich der Luftfahrt.

Das Potenzial ist in diesem Bereich sehr interessant, da kürzere Flüge (ein oder zwei Stunden) schneller, aber weniger laut und mit geringer Umweltbelastung angeboten werden können - Flüge, die weniger CO2-Emissionen zu geringeren Kosten als die derzeitigen verursachen. Bei Langstreckenflügen wird langfristig die Umstellung auf Elektromobilität erwartet.

Untertitel: Vergleich von Festkörperbatterien und Lithium-Ionen-Batterien:

Lithium-Ionen-Batterie Vs. Festkörperbatterie:

Lithium-Ionen-Batterien haben zwei feste Metallelektroden mit flüssigem Lithiumsalz, das als Elektrolyt fungiert. Die ionischen Partikel bewegen sich zwischen den Elektroden von einer zur anderen, während die Batterie geladen ist. Wenn es entladen wird, geht es in umgekehrter Richtung, und der Elektrolyt ist das Medium, das diese Bewegung ermöglicht. Wenn wir sehen, dass eine Batterie mit ihrer Säure außen korrodiert oder "explodiert", ist dies der flüssige Elektrolyt.

Während die Festkörperbatterie die positiven und negativen Elektroden aufweist, die Metallteile sind, besteht der große Unterschied darin, dass der Elektrolyt auch ein Metallstück, eine Legierung oder ein synthetisches Material ist. Es bewegt sich also nicht und daher der Name Solid State, wie die SSD, die Flash-Speicher und keine in Bewegung befindliche Festplatte verwendet.

Während die Idee einer Festkörperbatterie nichts Neues ist, beginnt ihre Entwicklung jetzt, da Elektronikunternehmen und sogar Autos eine Batterie benötigen, die die Grenzen von Lithiumionen überschreitet.

Vorteile von Festkörperbatterien:

Kurz gesagt, diese Akkus haben eine längere Ladedauer, schnellere Ladezeiten und sind sicherer. Diese Batterien sind flacher, können aber die gleiche Leistung wie eine große Batterie behalten.

Das heißt, wenn wir den aktuellen lithium-ionen-akku eines unserer Geräte durch einen Festkörperakku der gleichen Größe ersetzen, erhalten wir eine längere Akkulaufzeit. Darüber hinaus sind sie viel sicherer, weil sie nicht brennbar sind oder giftige Flüssigkeiten verschütten oder so viel Wärme produzieren.

Kurz gesagt, laut Forschung übersteigt eine Festkörperbatterie 500% Lithiumionen. Dies wäre jedoch nur unter dem Gesichtspunkt der Kapazität in Bezug auf die Ladezeit ein Zehntel der Zeit.

Vorteile von Vollbatterien gegenüber Lithium-Ionen-Batterien:

Bevor wir das Thema der Erhöhung der Dichte erwähnt haben, wird dies im Abschnitt über die Kapazität von Batterien ausführlicher behandelt. Die Vorteile würden nicht nur dort bestehen, sondern der feste Komplex für diese Batterien erwärmt sich viel weniger als die aktuelle Flüssigkeit. Wir würden also sichere Batterien bekommen.

Dies würde bedeuten, dass sie weniger Wärme an das Smartphone selbst abgeben würden, das zuvor mit dem Betrieb des Prozessors, den verschiedenen Chips, die in seine Platine eingesetzt werden, und vor allem dem Bildschirm selbst ausreichend Wärme erzeugt. Mit weniger Wärme, die von der Batterie selbst bereitgestellt wird, würden die neuen festen Lithiumbatterien es dem Telefon ermöglichen, professioneller zu arbeiten. Aber lassen Sie uns die Vorteile einzeln sehen.

Wann werden sie verfügbar sein?

Wie bei jeder Technologie, die sich auf dem Markt befindet, ist es schwierig vorherzusagen, wann dies der Fall sein könnte. Viele Unternehmen investieren jedoch in Forschung und Entwicklung, um diese Technologie zu vermarkten. Es wird jedoch erwartet, dass es bis 2023 in einigen Fahrzeugen verfügbar sein wird.

Untertitel 4: Neueste Entwicklungen in der Batterietechnologie:

Die Zukunft der Batterieleistung hängt von der Weiterentwicklung der Technologie ab, die sich unter Berücksichtigung der Umwelt jedes Mal effizienter und wettbewerbsfähiger entwickelt. Die Batterien der mobilen Endgeräte (Smartphones, Tablets, Laptops usw.) haben die Grenzen der Lithium-Ionen-Technologie auf eine höhere Geschwindigkeit und hohe Energiedichte verschoben, wie z. B. ZenFone 4 Max mit 5.000 mAh. Im Vergleich zu anderen Methoden zur Speicherung von Energie für den späteren Verbrauch wie Verbrennung (Benzin, Diesel, Biodiesel, Ethanol, LNG, Synthesegas) oder chemischen Batterien (Blei-Säure, Nickel-Eisen ...) hat die Batterie Lithium-Ionen eine reduzierte Energiedichte.

Aufgrund dieses Marktes, aber auch aufgrund des wachsenden Bedarfs an Anlagen für erneuerbare Energien und an Mobilität ohne Emissionen tragen Batterien stillschweigend zur technologischen Revolution bei, die sicherlich die Art und Weise verändern wird, wie wir kommunizieren, uns bewegen und Energie nutzen.