Apakah bateri keadaan pepejal fleksibel?

Sekumpulan saintis antarabangsa telah membangunkan jenis bateri keadaan pepejal baharu yang boleh meningkatkan rangkaian kenderaan elektrik dan mencegah kebakaran dalam komputer riba dan telefon pintar. Penulis menerangkan penemuan mereka dalam Bahan Tenaga Termaju. Dengan menggantikan elektrolit cecair yang digunakan dalam bateri boleh dicas semula konvensional dengan yang 'pepejal', seramik ia mampu menghasilkan bateri yang lebih berkesan, tahan lama yang juga lebih selamat untuk digunakan. Penyelidik berharap kelebihan ini dapat membuka jalan kepada bateri yang lebih cekap dan lebih hijau untuk semua jenis peranti termasuk kereta elektrik.

Penulis kajian, dari AS dan UK, telah meneroka alternatif kepada elektrolit cecair dalam bateri ion litium untuk beberapa waktu. Pada 2016 mereka mengumumkan pembangunan bateri keadaan pepejal yang boleh beroperasi pada lebih dua kali voltan sel ion litium konvensional, tetapi dengan kecekapan yang sama.

Walaupun reka bentuk terbaharu mereka mewakili peningkatan ketara pada versi terdahulu ini, penyelidik Profesor Donald Sadoway dari MIT menyatakan bahawa masih terdapat ruang untuk penambahbaikan: "Mencapai kekonduksian ionik yang tinggi dalam bahan seramik pada suhu tinggi boleh menjadi sukar, " jelasnya. "Ini adalah pencapaian yang cemerlang." Para penyelidik berharap bahawa selepas menguji bateri yang dipertingkatkan ini akan terbukti sesuai untuk kenderaan elektrik atau bahkan menghidupkan kapal terbang.

Dalam keadaan pepejal bateri kerosakan akibat terlalu panas dicegah dengan menggunakan elektrolit seramik dan bukannya cecair mudah terbakar. Jika bateri rosak dan mula terlalu panas, char elektrolit seramik dan bukannya menyala, yang menghalangnya daripada terbakar. Liang-liang dalam struktur bahan pepejal ini juga membolehkan mereka membawa beban cas elektrik yang lebih tinggi dengan ion bergerak melalui rangkaian lanjutan dalam pepejal.

Ciri-ciri ini bermakna bahawa saintis telah dapat menaikkan kedua-dua voltan dan kapasiti bateri mereka berbanding dengan yang mengandungi elektrolit cecair mudah terbakar. Malah, kata Profesor Sadoway: "Kami menunjukkan sel litium-udara dengan 12 volt beroperasi pada 90 darjah C [194°F]. Itu lebih tinggi daripada yang dicapai oleh orang lain."

Reka bentuk bateri baharu ini mempunyai potensi kelebihan lain berbanding elektrolit mudah terbakar, termasuk hakikat bahawa elektrolit seramik secara amnya lebih stabil daripada elektrolit organik. "Perkara yang menakjubkan ialah sejauh mana ia berfungsi, " kata Profesor Sadoway. "Kami mendapat lebih banyak tenaga daripada sel ini daripada yang kami masukkan ke dalamnya."

Kestabilan ini boleh membolehkan pengeluar membungkus sejumlah besar sel keadaan pepejal ke dalam komputer riba atau kereta elektrik tanpa perlu risau tentang terlalu panas, menjadikan peranti lebih selamat dan memanjangkan hayat fungsinya. Pada masa ini, jika jenis bateri ini terlalu panas, mereka berisiko terbakar - seperti yang berlaku baru-baru ini dengan telefon Samsung Galaxy Note 7. Nyalaan yang terhasil tidak akan dapat merebak kerana tiada udara di dalam sel untuk mengekalkan pembakaran; sesungguhnya, mereka tidak akan dapat merebak di luar tapak kerosakan awal.

Bahan pepejal ini juga sangat tahan lama; sebaliknya, beberapa percubaan untuk membuat bateri ion litium dengan elektrolit cecair mudah terbakar, yang beroperasi pada suhu yang lebih tinggi (lebih 100°C) secara rutin terbakar selepas 500 atau 600 kitaran. Elektrolit seramik boleh menahan lebih daripada 7500 kitaran cas/pelepasan tanpa terbakar."

Penemuan baharu ini boleh menjadi sangat penting untuk meluaskan julat EV dan mencegah kebakaran telefon pintar. Menurut Sadoway: "Bateri generasi lama mempunyai bateri pemula asid plumbum [kereta]. Mereka mempunyai jarak yang dekat tetapi ia sangat boleh dipercayai," katanya sambil menambah bahawa kelemahan mereka yang tidak dijangka ialah "jika ia menjadi lebih panas daripada kira-kira 60°C maka ia akan terbakar."

Bateri litium ion hari ini, jelasnya, adalah satu langkah daripada ini. "Ia mempunyai jarak yang jauh tetapi ia boleh rosak akibat terlalu panas yang teruk dan terbakar," katanya sambil menambah bahawa bateri keadaan pepejal baharu itu berpotensi sebagai "penerobosan asas" kerana ia boleh membawa kepada peranti yang jauh lebih dipercayai dan lebih selamat.

Para saintis di MIT berpendapat teknologi ini boleh mengambil masa lima tahun untuk digunakan secara meluas tetapi seawal tahun depan mereka berharap untuk melihat jenis bateri ini dipasang dalam telefon pintar daripada pengeluar besar seperti Samsung atau Apple. Mereka juga menyatakan bahawa terdapat banyak kegunaan komersial untuk sel ini selain telefon, termasuk komputer riba dan kenderaan elektrik.

Bagaimanapun Profesor Sadoway memberi amaran bahawa masih terdapat beberapa cara untuk pergi sebelum teknologi itu disempurnakan. "Kami mempunyai sel yang kelihatan sangat baik tetapi ia masih sangat awal... Kami masih belum membuat sel dengan skala besar, elektrod ketumpatan kuasa tinggi."

Sadoway percaya kejayaan ini akan diterima pakai secara meluas serta-merta kerana ia berpotensi bukan sahaja untuk memacu EV dengan julat yang lebih besar tetapi juga berpotensi menghalang kebakaran telefon pintar. Mungkin lebih mengejutkan ialah ramalannya bahawa bateri keadaan pepejal boleh digunakan secara universal dalam masa kurang daripada lima tahun apabila kebanyakan pengeluar yakin dengan keselamatan dan kebolehpercayaannya.