Безопасная энергия будущего: что такое твердотельные аккумуляторы

Уникальность технологии

Компании Samsung и Xiaomi работают над новым типом аккумуляторов, которые должны стать более безопасными и иметь большую емкость. По словам экспертов, такие батареи не будут воспламеняться или взрываться, а также станут более компактными. Например, аккумулятор емкостью 6000 мА·ч легко уместится в корпусе для аккумулятора на 4500 мА·ч.

Если тесты новых батарей завершатся успешно, предполагается, что использовать их смогут в разной технике, и немаловажная ставка делается на электромобили. Более широкое и массовое применение они, несомненно, найдут в смартфонах — и тогда мы сможем наслаждаться их безопасной и более длительной автономной работой. Кроме того, производство батарей нового типа позволит компаниям получить преимущество перед конкурентами.

Твердотельные аккумуляторы — это литиевые аккумуляторы с твердым «телом» электролита. И это главное их отличие от всех остальных. Твердотельные батареи обладают большей долговечностью, чем их литий-ионные аналоги. Они выдерживают до нескольких тысяч циклов зарядки и разрядки, что в несколько раз превышает показатели литий-ионных батарей.

Преимущества твердотельных аккумуляторов:

• переход от графита на аноде (как у литий-ионных батарей) к чистому литию увеличивает энергию аккумулятора, а также уменьшает его размеры и вес;
• твердотельные аккумуляторы дольше работают от одной зарядки;
• отказ от жидкого электролита в пользу твердого увеличивает срок службы батареи;
• совокупное применение новых материалов позволяет аккумулятору довольно быстро заряжаться.

Недостатки твердотельных аккумуляторов:

• литиевый анод подвержен расширению при заряде и сжатию при разряде (проблема безопасности, для которой фактически найдено решение);
• безопасность новых батарей зависит от конкретных материалов и их сочетания (одни твердотельные аккумуляторы будут безопаснее других).

Аналогичные разработки

В США также проводятся исследования по созданию новых устройств для накопления электроэнергии, которые могли бы заменить аккумуляторы на основе лития. В декабре 2018 года ученые из Иллинойского университета начали работу над созданием аккумулятора, который использует специальный материал, основанный на оксиде магния и хрома вместо лития. Авторы проекта отмечают, что в таких аккумуляторах химическая реакция происходит при более высокой скорости и существенно меньшей температуре, поэтому не возникает опасности перегрева аккумулятора.

В Австралии исследователи из Университета Монаша создали литий-серную батарею, которая может питать гаджет в течение пяти дней. При этом, как утверждают разработчики, их технология оказывает меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с литий-ионными аккумуляторами и имеет более низкие производственные затраты. В 2022 году австралийские разработчики модернизировали батарею, чтобы продлить срок ее службы.

Ученые из Университета штата Колорадо предложили производить аккумуляторы с использованием медной «пены». Из нее изготовили анод, а катод — из алюминия сетчатой структуры. Одним из плюсов батареи стало отсутствие легковоспламеняющегося электролита.

Когда ждать появления на рынке

Компания Samsung продолжает расширять свои возможности и инвестирует в разработку твердотельных батарей. Ожидается, что первые смартфоны, работающие на новейших аккумуляторах Samsung и Xiaomi, появятся на прилавках до 2030 года. Один из главных конкурентов Samsung — корейская компания LG — также планирует начать производство твердотельных АКБ к 2030 году.