ทีมวิจัยของญี่ปุ่นได้ค้นพบความก้าวหน้าครั้งสำคัญเกี่ยวกับสถานะกึ่งของแข็ง(ลิบ).
สิ่งนี้อาจกลายเป็นสารไม่ติดไฟ ซึ่งสามารถเอาชนะปัญหาด้านความปลอดภัยที่สำคัญที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ LIB ทั่วไปได้
การกำหนดเกณฑ์มาตรฐานใหม่สำหรับความปลอดภัยของแบตเตอรี่และอายุการใช้งานที่ยาวนาน
ได้รับการออกแบบโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัย Doshisha และ TDK Corporation นวัตกรรมใหม่ผสมผสานคุณสมบัติที่ดีที่สุดของอิเล็กโทรไลต์ทั้งของเหลวและของแข็งเพื่อเพิ่มความปลอดภัยของแบตเตอรี่โดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพการทำงาน ตามวิศวกรรมศาสตร์ที่น่าสนใจการออกแบบนี้ช่วยแก้ปัญหาที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกในการปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงาน ในขณะเดียวกันก็รักษาประสิทธิภาพของวงจรและความปลอดภัยไว้
ความก้าวหน้าครั้งนี้ก่อให้เกิดตัวเลือกที่ดีกว่าและปลอดภัยกว่าสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตทั้งหมด และรักษาความหนาแน่นของพลังงานสูง ทั้งหมดนี้อยู่ในดีไซน์เดียว
"ประสิทธิภาพด้านความปลอดภัยและการชาร์จ/คายประจุที่ดีขึ้นแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของแบตเตอรี่กึ่งโซลิดสเตตในฐานะเทคโนโลยีแห่งอนาคตอันใกล้" ทีมงานเขียนในนามธรรม
การพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนครองธุรกิจการจัดเก็บพลังงานมานานหลายทศวรรษแล้ว พวกเขาได้เป็นผู้นำการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา ยานพาหนะไฟฟ้า และการจัดเก็บพลังงานหมุนเวียน
แม้ว่าความต้องการความหนาแน่นของพลังงานจะเพิ่มมากขึ้นอยู่เสมอ แต่ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของแบตเตอรี่ก็มักจะถูกประนีประนอม
อิเล็กโทรไลต์อินทรีย์แบบดั้งเดิมที่ใช้ใน LIB ช่วยเพิ่มแรงดันไฟฟ้าโดยไม่มีการติดไฟ ซึ่งเพิ่มข้อกังวลเนื่องจากติดไฟได้ง่าย ดังนั้น แม้ว่า SSE จะไม่เป็นพิษ แต่ก็แสดงให้เห็นถึงความท้าทายในการรับรองว่าส่วนต่อประสานที่มีความเสถียรเมื่อวัสดุสัมผัสกัน เช่น หากอิเล็กโทรดขยายตัวตามรอบการชาร์จ/คายประจุ
ในเรื่องนี้ การวิจัยและพัฒนากำลังมุ่งสู่การสร้างวัสดุระหว่างเฟสข้อต่อที่ปลอดภัย ซึ่งจะเพิ่มความยืดหยุ่นและการนำไอออนิก
การพัฒนาล่าสุดในโพลีเมอร์อิเล็กโทรไลต์และตัวทำละลายอินทรีย์ที่ไม่ติดไฟแสดงให้เห็นสัญญาว่าจะปรับปรุงเสถียรภาพและประสิทธิภาพของ LIB รุ่นต่อไป อย่างไรก็ตาม การถ่ายโอนลิเธียมไอออนที่ช้าและการเสื่อมสภาพของส่วนต่อประสานยังคงเป็นอุปสรรคที่ต้องแก้ไข
ข้อดีของแบตเตอรี่กึ่งโซลิดสเตต
LIB กึ่งโซลิดสเตตใหม่ที่พัฒนาโดยทีมงานชาวญี่ปุ่นมีข้อดีหลายประการ แบตเตอรี่มีอิเล็กโทรดลบซิลิคอน (Si) จับคู่กับอิเล็กโทรดบวก LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ถือเป็นวัสดุแห่งอนาคตสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประสิทธิภาพสูง
สิ่งที่ทำให้การออกแบบนี้แตกต่างออกไปคือการใช้แผ่นแก้วเซรามิกนำไฟฟ้าลิเธียมไอออนแข็ง (LICGC™) จาก OHARA เป็นตัวแยกอิเล็กโทรไลต์ระหว่างอิเล็กโทรด
นักวิจัยยังจัดหาสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่เกือบอิ่มตัวและไม่ติดไฟ ซึ่งออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อให้เข้ากันได้กับอิเล็กโทรดทั้งสองชนิด สารละลายเหล่านี้ประกอบด้วยทริส (2,2,2-ไตรฟลูออโรเมทิล) ฟอสเฟตและเมทิล 2,2,2-ไตรฟลูออโรเมทิลคาร์บอเนตที่เข้ากันได้กับส่วนต่อประสานอิเล็กโทรไลต์แข็งและอิเล็กโทรด
เซลล์ที่ได้ซึ่งมีความสามารถในการกักเก็บพลังงาน 30 mAh แสดงให้เห็นประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่เหนือกว่า พร้อมด้วยเสถียรภาพทางความร้อนที่ดีเยี่ยมและการนำไอออนิกสูง นี่เป็นสิ่งสำคัญมากในการเข้าถึงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ปลอดภัยกว่าแต่มีประสิทธิภาพมากกว่าตามที่คาดหวัง
ความสามารถและประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่เหนือชั้น
ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับความสามารถในการรักษาเสถียรภาพทางความร้อนได้ดีขึ้นในโครงสร้างกึ่งล้ำสมัย ผ่านการทดสอบภายใต้อุณหภูมิสูง ประมาณ 150 °C ซึ่งแสดงให้เห็นเนื่องจากปฏิกิริยาข้างเคียงและการเกิดความร้อนน้อยกว่าการออกแบบและสถาปัตยกรรมในอดีตที่เทียบเคียงได้
การทดสอบด้วยการวัดปริมาณความร้อนของอัตราการเร่งและสเปกโตรสโกปีอิมพีแดนซ์อิมพีแดนซ์ไฟฟ้าเคมี ยืนยันว่าแบตเตอรี่กึ่งโซลิดสเตตมีลักษณะพิเศษคือความสามารถในการประจุ/คายประจุสูง ประสิทธิภาพของวงจรที่แข็งแกร่ง และแม้กระทั่งการเปลี่ยนแปลงความต้านทานภายในเล็กน้อยหลังจากการใช้งานในระยะยาว ข้อสังเกตเหล่านี้ช่วยเสริมศักยภาพของแบตเตอรี่นี้ในฐานะวัสดุกักเก็บพลังงานที่เชื่อถือได้และปลอดภัย
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในอนาคต
การพัฒนาของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกึ่งโซลิดสเตตนับเป็นการสร้างสรรค์ครั้งสำคัญในด้านเทคโนโลยีแบตเตอรี่ ไม่เพียงแต่เพิ่มความปลอดภัย แต่ยังตอบสนองความต้องการที่รอคอยมานานสำหรับความหนาแน่นของพลังงานที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพที่ยาวนานขึ้น
ด้วยความต้องการโซลูชันการจัดเก็บพลังงานที่เชื่อถือได้และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่เพิ่มขึ้น การออกแบบแบตเตอรี่ใหม่นี้อาจเป็นก้าวแรกสู่นวัตกรรมเพิ่มเติมในรถยนต์ไฟฟ้า พลังงานหมุนเวียน และอื่นๆ
ด้วยการปรับปรุงและปรับแต่งอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีเหล่านี้ แบตเตอรี่เสมือนโซลิดสเตตจึงมีแนวโน้มที่จะเป็นผู้นำในการกักเก็บพลังงานในอนาคต โดยมีความสมดุลระหว่างความปลอดภัย ความทนทาน และประสิทธิภาพสูง
