Твердотільні батареї: чому вони кращі за літієві та коли з'являться у смартфонах (фото)

Твердотільні батареї зможуть замінити літій-іонні аналоги. Вони не тільки безпечніші (не перегріваються, не вибухають), а й здатні тримати заряд цілодобово, пише Славов на phonearena.com.

Як працюють батареї гаджетів

Батареї використовуються для зберігання енергії, і у них є три основні компоненти:

анод: електрод, на якому відбувається окислення (втрата електронів) під час розряду. Як матеріали для анодів зазвичай використовують графіт або метали.

Катод: електрод, на якому відбувається відновлення (надходження електронів) під час розряду. Матеріали катода можуть відрізнятися і включати метали, такі як літій, кобальт або марганець, залежно від типу батареї.

Електроліт: речовина, яка дозволяє іонам переміщатися між анодом і катодом, полегшуючи протікання електричного струму. Електроліт зазвичай являє собою рідину або гель, що містить іони, але в разі твердотільних батарей це тверда речовина, звідси і назва.

Коли підключається зовнішній пристрій, якому потрібне живлення, заряджені іони починають текти від анода до катода через електроліт. Це створює різницю потенціалів, і електрони потім переміщаються з батареї до підключеного пристрою, забезпечуючи живлення.

Останні досягнення в галузі акумуляторних технологій дають змогу насичувати анод кремнієм, створюючи кремній-вуглецеві батареї, і хоча ці елементи забезпечують кращу ємність на кілограм, технологія має свої обмеження.

Чому твердотільні батареї кращі за літієві

У твердотільних батарей багато переваг, але найважливіша — це вища щільність енергії: тверді електроліти дають змогу використовувати літієві металеві аноди і тонші конструкції, що дає змогу упаковувати більше енергії в менші та легші батареї.

Друга перевага порівняно з літій-іонними батареями — більш швидке заряджання: підвищена іонна провідність і поліпшене тепловідведення твердого електроліту дають змогу заряджати їх значно швидше, потенційно за лічені хвилини.

Крім того, є додаткові переваги, пов'язані з безпекою: тоді як традиційні літій-іонні батареї доволі легко спалахують і виділяють токсичні хімічні речовини в разі пошкодження, твердотільні батареї використовують стабільні тверді матеріали, що значно знижує ризик загоряння і вибуху.

Твердотільні батареї потенційно більш екологічні, оскільки використовують нетоксичні, перероблювані матеріали.

Все це звучить добре, але чому смартфони, планшети і ноутбуки не оснащуються твердотільними батареями?

Проблеми твердотільних батарей

Багато компаній роками розробляють твердотільні батареї, але готового до виходу на ринок продукту досі немає. Samsung у 2017 році заявила, що серія Galaxy Note буде оснащена твердотільними батареями. Але настав 2026 рік, а такі смартфони так і не з'явилися.

Основна проблема в тому, що батарея змінює свій об'єм за різних температур. Крім того, після певної кількості циклів заряджання і розряджання утворюються утворення, звані дендритами. Вони можуть фізично проколювати і пошкоджувати акумулятор.

Виробництво вимагає складних методів і екзотичних матеріалів (таких як графен, нанотрубки тощо), а масштабування до масового виробництва здається дорогим і складним. Саме з цих причин твердотільні акумулятори поки що не живлять мобільну електроніку, але, можливо, одна компанія зробила прорив у цьому напрямку.

Раніше ми писали про топ-5 проривних технологій акумуляторів. Попит на передові системи зберігання енергії зростає з кожним днем у міру переходу світу на поновлювані джерела. Звичні літій-іонні АКБ вже досягли межі своїх можливостей, і індустрія шукає їм заміну.