فناوری باتری^(Battery) در طول سال ها راه طولانی را پیموده است. ابزارهایی مانند پهپادها^(drones) و تلفن های هوشمند بدون فناوری پیشرفته باتری مدرن غیر عملی خواهند بود. 

با این حال، باتری ها همیشه می توانند بهتر باشند! 

به نظر می رسد باتری های حالت جامد پیشرفت بزرگ بعدی هستند و محصولاتی که از آنها استفاده می کنند در گوشه و کنار هستند. این بدان معناست که اکنون زمان مناسبی است تا با آنچه که هستند و چرا مهم هستند آشنا شوید.

"حالت جامد" به چه معناست؟

چه باتری سرب اسیدی خودرو، چه باتری های یکبار مصرف قلیایی یا باتری های لیتیوم پلیمری^{(lithium polymer batteries)} در تلفن، همه آنها از الکترولیت مایع استفاده می کنند. الکترولیت یک ماده رسانا است که دو پایانه داخلی باتری را به هم متصل می کند. الکترون‌ها از طریق الکترولیت جریان می‌یابند و به باتری اجازه می‌دهند یا بار الکتریکی ایجاد کند یا آن را تخلیه کند.

یک باتری حالت جامد از الکترولیت جامد به جای الکترولیت مایع سنتی استفاده می کند. این تنها تفاوت اساسی بین دو فناوری باتری است. این به اندازه کافی ساده به نظر می رسد، اما مهندسان و دانشمندان برای دهه ها در تلاش بوده اند تا ماده جامدی را پیدا کنند که بتواند به عنوان یک الکترولیت عمل کند.

چه چیزی در مورد باتری های حالت جامد ^{(Solid State)}سخت است؟^(Hard)

مواد مختلف، مانند سرامیک و فلزات لیتیوم، پتانسیل را به عنوان الکترولیت های حالت جامد ارائه می دهند. مشکل این است که رویکرد سرامیکی منجر به عملکرد ضعیف باتری شده است. فلزات لیتیوم امیدوارکننده هستند، اما دارای یک نقص کشنده هستند. همانطور که باتری شارژ و دشارژ می شود، "دندریت" های فلزی از طریق الکترولیت رشد می کنند. باتری می تواند اتصال کوتاه پیدا کند و به یک خطر تبدیل شود.

یافتن راه‌حل‌های عملی و اقتصادی برای این مسائل، رسالت چندین شرکت و تیم تحقیقاتی در چند سال گذشته بوده است. اکنون آن کار در شرف نتیجه دادن است. 

چرا باید این همه دردسر را پشت سر بگذارد؟ بیایید به مزایایی که باتری های حالت جامد نسبت به باتری های سنتی وعده می دهند نگاه کنیم.

ایمنی

باتری ها مقادیر زیادی انرژی را ذخیره می کنند و همیشه این خطر وجود دارد که این انرژی به صورت کنترل نشده آزاد شود. وقتی این اتفاق می افتد، می تواند به معنای آتش سوزی، انفجار و سایر پیامدهای ناخواسته باشد. باتری های حالت جامد، با فرض رفع مشکل دندریت، نوید می دهند که ایمن تر و پایدارتر باشند. به عنوان یک چیز، آنها قابل اشتعال نیستند، بنابراین آتش گرفتن باتری ها باید به گذشته تبدیل شود.

این نه تنها برای وسایل نقلیه الکتریکی مانند خودروها و پهپادها، بلکه برای وسایل الکترونیکی شخصی مانند گوشی های هوشمند و لپ تاپ ها نیز مهم است. سالانه افراد زیادی در اثر آتش سوزی باتری در وسایل الکترونیکی خود مجروح می شوند. در نتیجه کل خانه ها سوخته اند!

سرعت شارژ مجدد

باتری‌های لیتیومی مدرن می‌توانند با سرعت‌های قابل توجهی شارژ شوند^{(charge at impressive speeds)} ، اما هنوز هم زمان زیادی طول می‌کشد تا پر شوند. محدودیتی برای میزان انرژی وجود دارد که می‌توانید در باتری لیتیوم یونی سنتی قبل از اینکه همه چیز به طرفین برود، بریزید. باتری های حالت جامد قول می دهند که شش برابر سریعتر از باتری هایی که در حال حاضر استفاده می کنیم شارژ شوند. این بدان معناست که گوشی خود را ظرف پنج دقیقه از حالت خالی به پر کنید یا charging an electric car to 80% in 15 .

ظرفیت و اندازه انرژی

باتری های لیتیوم^(Lithium) یونی در حال حاضر دارای بالاترین چگالی انرژی در بین هر نوع باتری فروخته شده به عموم هستند. با این حال هنوز چگالی آن چندین برابر کمتر از بنزین است. در حالی که باتری‌های حالت جامد باتری‌ها را با گاز همتراز نمی‌کنند، اما وعده می‌دهد که چگالی انرژی در هر حجم بیش از دو برابر شود. 

به عبارت دیگر، اگر باتری گوشی خود را با استفاده از یک مدل حالت جامد تغییر دهید، از نظر تئوری می‌تواند بدون افزایش اندازه، دو برابر بیشتر کار کند. این یکی دیگر از نقاط فروش بزرگ برای وسایل نقلیه الکتریکی است که به دلیل اضطراب برد آنچنان محبوب نیستند.

طول عمر و دوام

اکثر باتری‌های لیتیوم یون فعلی پس از حدود 500 چرخه شارژ-دشارژ کامل شروع به تخریب می‌کنند. پس از آن نقطه باتری شروع به از دست دادن ظرفیت خود می کند^{(battery begins to lose its capacity)} تا جایی که به سختی می تواند شارژ را نگه دارد. در گوشی‌های هوشمند، که در حال حاضر تمایل به باتری‌های مهر و موم دارند، این محدودیت سختی را در طول عمر دستگاه ایجاد می‌کند. باتری های حالت جامد وعده می دهند که این حد را تا حد زیادی افزایش می دهند. به اندازه پنج برابر. 

بنابراین، در جایی که یک باتری تلفن معمولی روزانه ممکن است پس از دو تا سه سال شروع به تحلیل رفتن کند، یک باتری حالت جامد تا پانزده سال^{(fifteen years)} در ظرفیت نامی خود باقی می ماند . در خودروهای برقی که تعویض باتری ها بسیار پرهزینه است، این امر می تواند تأثیر چشمگیری بر هزینه مالکیت این دسته از وسایل نقلیه داشته باشد. 

نقاط ضعف باتری حالت جامد

اگر همه اینها بیش از حد خوب به نظر می رسد که درست باشد، چند اخطار برای این فناوری وجود دارد. برخی از این موارد هنوز باید قبل از پذیرش گسترده فناوری باتری حالت جامد حل شوند.

• هزینه^{(Cost )} شاید بزرگترین دشمن باشد. تیم‌های تحقیقاتی^(Research) و شرکت‌های نوپا سخت در تلاش هستند تا فرآیند تولید این باتری‌ها را ارزان‌تر و مقیاس‌پذیر کنند. برخی از شرکت‌ها ادعا می‌کنند که نزدیک هستند، اما تا زمانی که قیمت‌های واقعی محصولات با این باتری‌ها را نبینیم، نمی‌دانیم چقدر موفق بوده‌اند.

• این باتری ها در دمای پایین نیز مشکل^{(struggle at low temperatures)} دارند. بنابراین، راه‌حل‌هایی که شامل عایق‌سازی یا نگهداری آن‌ها در دمای عملیاتی خوب است، بخشی از چالش هستند.

چه زمانی می توانید باتری های حالت جامد بخرید؟^{(Solid State)}

چند شرکت مانند Solid Power و QuantumScape وجود دارند که ادعا می کنند در اوج برنامه های تجاری باتری های حالت جامد هستند. 

تویوتا قصد دارد تا اوایل ^(Toyota)سال 2021⁽²⁰²¹⁾ خودروهای برقی باتری جامد را برای فروش داشته باشد. هر دو Solid Power و QuantumScape به ترتیب در سال 2022 و 2024 برای عرضه باتری برای وسایل نقلیه در نظر گرفته اند. این بدان معناست که در چند سال آینده ما می‌توانیم درست در آغاز انقلاب باتری باشیم. 

این قبل از آن است که به احتمالات ناشی از استفاده از گرافن بپردازیم. این ماده شگفت انگیز نوید باتری های بهتری را نیز می دهد، خواه الکترولیت های مایع یا جامد در آنها وجود داشته باشد. استفاده از گرافن برای بازی با توپ، دانشمندان و مهندسان را برای مدت طولانی‌تری از آنچه انتظار می‌رفت دور انداخته است، اما شما می‌توانید هم‌اکنون یک پاوربانک گرافنی هیبریدی^{(hybrid graphene powerbank)} بخرید . به راستی^(Truly) ، آینده اینجاست.

What Are Solid State Batteries and Why Are They Important?

Battery technology has come a long way over thе years. Gadgеts 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

• راهنمای خرید SSD (درایو حالت جامد) برای سال 2019

• چرا Amazon من در Spanish است؟ زبان و سایر تنظیمات Important

• 3 راه برای گرفتن Photo or Video در Chromebook

• چگونه Detect Computer & Email Monitoring یا Spying Software

• Panel Display Technology Demystified تخت: TN، IPS، VA، OLED و بیشتر

• چگونه می توان هر Wired Printer Wireless را در 6 Different راه اندازی کرد

• نحوه بررسی Your Hard Drive برای خطاها

• چه Discord Streamer Mode and How آن را راه اندازی

• Discord نه Opening؟ 9 Ways برای رفع

• چگونه Post یک مقاله در مورد Linkedin (و Best Times به Post)

• آیا می توانید Twitch Name خود را تغییر دهید؟ بله، اما Be Careful

• 8 Ways برای رشد Facebook Page Audience شما

• چگونه برای یافتن بهترین سرور اختلافات

• چگونه Download Twitch Videos

• چگونه به Mute Someone در Discord

• چگونه به ارسال Anonymous Text Message که می تواند نه Be Traced Back به شما

• چگونه Fix Hulu Error Code RUNUNK13

• 10 Best Ways به Child Proof Your Computer

• آیا Schedule AN Uber در Advance نیست؟ در اینجا چیزی است که باید انجام دهیم

• DVI vs HDMI vs DisplayPort - آنچه شما باید بدانید