Akkutekniikka^(Battery) on edennyt pitkälle vuosien varrella. Laitteet, kuten droonit^(drones) ja älypuhelimet, olisivat epäkäytännöllisiä ilman edistynyttä modernia akkutekniikkaa. 

Akut voisivat kuitenkin aina olla parempia! 

Solid state -akut näyttävät olevan seuraava suuri edistysaskel, ja niitä käyttävät tuotteet ovat nurkan takana. Tämä tarkoittaa, että nyt on täydellinen aika tutustua siihen, mitä ne ovat ja miksi ne ovat tärkeitä.

Mitä "Solid State" tarkoittaa?

Olipa kyseessä auton lyijyakku, kertakäyttöiset alkaliparistot tai puhelimen litiumpolymeeriakut^{(lithium polymer batteries)} , ne kaikki käyttävät nestemäistä elektrolyyttiä. Elektrolyytti on johtava aine, joka yhdistää akun kaksi sisäistä napaa. Elektronit virtaavat elektrolyytin läpi, jolloin akku voi joko muodostaa sähkövarauksen tai purkaa sen.

Solid-state-akussa käytetään kiinteää elektrolyyttiä perinteisen nestemäisen elektrolyytin sijaan. Se on ainoa perustavanlaatuinen ero näiden kahden akkuteknologian välillä. Se kuulostaa riittävän yksinkertaiselta, mutta insinöörit ja tiedemiehet ovat kamppailleet vuosikymmeniä löytääkseen kiinteän materiaalin, joka voi toimia elektrolyyttinä.

Mikä puolijohdeakuissa on ^{(Solid State)}vaikeaa^(Hard) ?

Erilaiset materiaalit, kuten keramiikka ja litiummetallit, tarjoavat potentiaalia kiinteän olomuodon elektrolyytteiksi. Ongelmana on, että keraaminen lähestymistapa on johtanut huonoon akun suorituskykyyn. Litiummetallit ovat lupaavia, mutta niissä on kohtalokas virhe. Kun akku ladataan ja puretaan, metalli "dendriitit" kasvavat elektrolyytin läpi. Akku voi aiheuttaa oikosulun ja muodostua vaaraksi.

Käytännön ja taloudellisesti kannattavien ratkaisujen löytäminen näihin ongelmiin on ollut useiden yritysten ja tutkimusryhmien tehtävänä viime vuosina. Nyt se työ maksaa itsensä takaisin. 

Miksi käydä läpi kaikki tämä vaiva? Katsotaanpa puolijohdeakkujen tarjoamia etuja perinteisiin verrattuna.

Turvallisuus

Akut varastoivat suuria määriä energiaa ja on aina olemassa vaara, että tämä energia vapautuu hallitsemattomasti. Kun näin tapahtuu, se voi tarkoittaa tulipaloa, räjähdyksiä ja muita ei-toivottuja seurauksia. Solid state -akut, jos dendriittiongelma on ratkaistu, lupaavat olla turvallisempia ja vakaampia. Ensinnäkin ne eivät ole syttyviä, joten akkupalojen pitäisi olla menneisyyttä.

Tämä ei ole tärkeää vain sähköautoille, kuten autoille ja droneille, vaan myös henkilökohtaiselle elektroniikalle, kuten älypuhelimille ja kannettaville tietokoneille. Monet ihmiset loukkaantuvat joka vuosi elektronisten laitteidensa akkupaloista. Tämän seurauksena kokonaiset talot ovat poltettu maan tasalle!

Latausnopeus

Nykyaikaiset litiumakut latautuvat vaikuttavalla nopeudella^{(charge at impressive speeds)} , mutta niiden täyttyminen kestää silti kauan. On olemassa raja, kuinka paljon energiaa voit kaataa perinteiseen litiumioniakkuun, ennen kuin se kaikki menee sivuttain. Solid state -akut lupaavat latautua jopa kuusi kertaa nopeammin kuin tällä hetkellä käyttämämme akut. Tämä tarkoittaa puhelimesi lataamista tyhjästä täyteen viidessä minuutissa tai charging an electric car to 80% in 15 minuutissa .

Energiakapasiteetti ja koko

Litiumioniakuilla^(Lithium) on tällä hetkellä suurin energiatiheys kaikista yleisölle myytävistä akkutyypeistä. Silti se on silti monta kertaa vähemmän tiheä kuin bensiini. Vaikka solid-state-akut eivät nosta akkuja kaasun tasolle, se lupaa yli kaksinkertaistaa energiatiheyden tilavuutta kohti. 

Toisin sanoen, jos vaihdat puhelimesi akun käyttämällä solid-state-mallia, se voisi teoriassa toimia kaksi kertaa pidempään ilman kokoa. Tämä on jälleen yksi suuri myyntivaltti sähköajoneuvoille, jotka eivät ole niin suosittuja kuin voisivat olla, kiitos kantaman ahdistuksen.

Elinikä ja kestävyys

Useimmat nykyiset litiumioniakut alkavat heiketä noin 500 täyden lataus-purkausjakson jälkeen. Tämän jälkeen akku alkaa menettää kapasiteettiaan,^{(battery begins to lose its capacity)} kunnes se tuskin kestää latausta ollenkaan. Älypuhelimissa, joissa on nykyään yleensä umpinaiset akut, tämä asettaa kovan rajan laitteen käyttöikään. Solid state -akut lupaavat nostaa tätä rajaa huomattavasti. Jopa viisi kertaa. 

Joten jos tyypillinen päivittäisessä käytössä puhelimen akku saattaa alkaa heikentyä kahden tai kolmen vuoden kuluttua, puolijohdeakku säilyy nimelliskapasiteetissaan jopa viisitoista vuotta^{(fifteen years)} . Sähköautoissa, joissa akkujen vaihto on erittäin kallista, tällä voi olla dramaattinen vaikutus tämän luokan ajoneuvojen omistuskustannuksiin. 

Puolijohdeakun heikkoudet

Jos tämä kaikki kuulostaa liian hyvältä ollakseen totta, tekniikkaan liittyy muutamia huomautuksia. Jotkut näistä on vielä ratkaistava, ennen kuin solid-state-akkuteknologiaa saadaan laajalti käyttöön.

• Kustannukset^{(Cost )} ovat ehkä suurin vihollinen. Tutkimusryhmät^(Research) ja startup-yritykset tekevät lujasti töitä tehdäkseen näiden akkujen tuotantoprosessista halvempaa ja skaalautuvaa. Jotkut yritykset väittävät olevansa lähellä, mutta emme tiedä kuinka menestyneet ne ovat olleet ennen kuin näemme näiden akkujen tuotteiden todelliset hinnat.

• Nämä akut myös kamppailevat alhaisissa lämpötiloissa^{(struggle at low temperatures)} . Siksi ratkaisut, joissa ne eristetään tai pidetään hyvässä käyttölämpötilassa, ovat osa haastetta.

Milloin voit ostaa puolijohdeakkuja^{(Solid State)} ?

On olemassa muutamia yrityksiä, kuten Solid Power ja QuantumScape , jotka väittävät olevansa kaupallisten solid-state-akkusovellusten kärjessä. 

Toyota suunnittelee saavansa puolijohdeakkuisia sähköautoja myyntiin jo vuonna 2021 . Sekä Solid Power että QuantumScape tavoittelevat ajoneuvojen akkujen käyttöönottoa vuonna 2022 ja 2024. Tämä tarkoittaa, että parin seuraavan vuoden aikana voimme olla akkuvallankumouksen alussa. 

Se on ennen kuin pääsemme edes käsiksi grafeenin käytön mahdollisuuksiin. Tämä ihmemateriaali lupaa vielä parempia akkuja, olipa niissä nestemäisiä tai kiinteitä elektrolyyttejä. Grafeenin saaminen pelaamaan palloa on jäänyt tutkijoiden ja insinöörien ulkopuolelle odotettua pidempään, mutta voit ostaa hybridigrafeenivoimapankin^{(hybrid graphene powerbank)} jo nyt. Todellakin^(Truly) , tulevaisuus on täällä.

What Are Solid State Batteries and Why Are They Important?

Βattery technology has 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

• SSD (Solid State Drive) -ostoopas vuodelle 2019

• Miksi My Amazon on espanjaksi? Kieli ja muut tärkeät asetukset

• 3 tapaa ottaa valokuva tai videota Chromebookilla

• Kuinka tunnistaa tietokoneen ja sähköpostin valvonta- tai vakoiluohjelmisto

• Litteän näytön tekniikka, joka on poistettu mysteeristä: TN, IPS, VA, OLED ja paljon muuta

• Kuinka ladata Twitch-videoita

• Kuinka etsiä Facebook-kavereita sijainnin, työn tai koulun perusteella

• Discordin spoileritunnisteiden käyttäminen

• Discord ei avaudu? 9 tapaa korjata

• Kuinka lähettää anonyymi tekstiviesti, jota ei voida jäljittää sinulle

• Etkö voi varata Uber-aikaa etukäteen? Tässä on mitä tehdä

• Emojien lisääminen Wordiin, Google-dokumentteihin ja Outlookiin

• Pelin hyvitys Steamissä

• Kuinka luoda läpinäkyvä tausta GIMPissä

• Mikä on Discord Streamer -tila ja kuinka se asetetaan

• Kuinka löytää parhaat Discord-palvelimet

• 8 tapaa kasvattaa Facebook-sivusi yleisöä

• Steamin "Odottaa tapahtumaa" -virheen korjaaminen

• Kuinka mykistää joku Discordissa

• 10 parasta tapaa suojata tietokoneesi lapsilta