Твердотельные батареи: почему они лучше литиевых и когда появятся в смартфонах (фото)

Твердотельные батареи смогут заменить литий-ионные аналоги. Они не только более безопасны (не перегреваются, не взрываются), но и способны держать заряд сутками, пишет Славов на phonearena.com.

Как работают батареи гаджетов

Батареи используются для хранения энергии, и у них есть три основных компонента:

анод: электрод, на котором происходит окисление (потеря электронов) во время разряда. В качестве материалов для анодов обычно используются графит или металлы.

Катод: электрод, на котором происходит восстановление (поступление электронов) во время разряда. Материалы катода могут различаться и включать металлы, такие как литий, кобальт или марганец, в зависимости от типа батареи.

Электролит: вещество, которое позволяет ионам перемещаться между анодом и катодом, облегчая протекание электрического тока. Электролит обычно представляет собой жидкость или гель, содержащий ионы, но в случае твердотельных батарей это твердое вещество, отсюда и название.

Когда подключается внешнее устройство, которому требуется питание, заряженные ионы начинают течь от анода к катоду через электролит. Это создает разность потенциалов, и электроны затем перемещаются из батареи к подключенному устройству, обеспечивая питание.

Последние достижения в области аккумуляторных технологий позволяют насыщать анод кремнием, создавая кремний-углеродные батареи, и хотя эти элементы обеспечивают лучшую емкость на килограмм, технология имеет свои ограничения.

Почему твердотельные батареи лучше литиевых

У твердотельных батарей много преимуществ, но самое важное — это более высокая плотность энергии: твердые электролиты позволяют использовать литиевые металлические аноды и более тонкие конструкции, что позволяет упаковывать больше энергии в меньшие и более легкие батареи.

Второе преимущество по сравнению с литий-ионными батареями — более быстрая зарядка: повышенная ионная проводимость и улучшенное теплоотведение твердого электролита позволяют заряжать их значительно быстрее, потенциально за считанные минуты.

Кроме того, есть дополнительные преимущества, связанные с безопасностью: в то время как традиционные литий-ионные батареи довольно легко воспламеняются и выделяют токсичные химические вещества при повреждении, твердотельные батареи используют стабильные твердые материалы, что значительно снижает риск возгорания и взрыва.

Твердотельные батареи потенциально более экологичны, поскольку используют нетоксичные, перерабатываемые материалы.

Все это звучит хорошо, но почему смартфоны, планшеты и ноутбуки не оснащаются твердотельными батареями?..

Проблемы твердотельных батарей

Многие компании годами разрабатывают твердотельные батареи, но готового к выходу на рынок продукта до сих пор нет. Samsung в 2017 году заявила, что серия Galaxy Note будет оснащена твердотельными батареями. Но наступил 2026 год, а такие смартфоны так и не появились.

Основная проблема в том, что батарея меняет свой объем при разных температурах. Кроме того, после определенного количества циклов зарядки и разрядки образуются образования, называемые дендритами. Они могут физически прокалывать и повреждать аккумулятор.

Производство требует сложных методов и экзотических материалов (таких как графен, нанотрубки и т. д.), а масштабирование до массового производства кажется дорогостоящим и сложным. Именно по этим причинам твердотельные аккумуляторы пока что не питают мобильную электронику, но, возможно, одна компания совершила прорыв в этом направлении.

Ранее мы писали про топ-5 прорывных технологий аккумуляторов. Спрос на передовые системы хранения энергии растет с каждым днем по мере перехода мира на возобновляемые источники. Привычные литий-ионные АКБ уже достигли предела своих возможностей, и индустрия ищет им замену.