Η Επανάσταση 4D STEM του Mizzou: Βελτιώνοντας την Αποδοτικότητα των Στερεών Μπαταριών

Οι στερεές μπαταρίες είναι στο επίκεντρο αυτές τις ημέρες. Κερδίζουν σταθερά έδαφος στις καταναλωτικές ηλεκτρονικές συσκευές και τα ηλεκτρικά οχήματα, αποτελώντας το μεγαλύτερο μερίδιο της παγκόσμιας αγοράς στερεών μπαταριών το 2022.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι οι εφαρμογές στερεών μπαταριών στον τομέα των ηλεκτρικών οχημάτων θα αυξηθούν εκθετικά την επόμενη δεκαετία, φθάνοντας σε μέγεθος αγοράς των US$4.3 billion by 2032. Υπάρχουν λόγοι για τους οποίους οι στερεές μπαταρίες είναι έτοιμες για εκθετική ανάπτυξη. Βασικά, αναφέρονται σε τεχνολογία μπαταρίας που χρησιμοποιεί στερεό ηλεκτρολύτη αντί για υγρούς ηλεκτρολύτες, όπως στη τεχνολογία λιθίου-ιόντων.

Οι στερεές κυψέλες αποτελούνται από έναν καθόδιο, έναν διαχωριστή και έναν άνοδο. Ο καθόδιος μπορεί να κατασκευαστεί με τις ίδιες ενώσεις όπως μια μπαταρία λιθίου-ιόντων. Αντίθετα, ο διαχωριστής κατασκευάζεται συνήθως από κεραμικό ή στερεό πολυμερές, το οποίο λειτουργεί επίσης ως ηλεκτρολύτης. Ο άνοδος είναι κατασκευασμένος από μέταλλο λιθίου.

Κατά τη φόρτιση, τα σωματίδια λιθίου μέσα σε αυτές τις μπαταρίες μετακινούνται από τον καθόδιο μέσω της ατομικής δομής του διαχωριστή και της ηλεκτρικής επαφής του ανόδου, σχηματίζοντας ένα στερεό στρώμα καθαρού λιθίου. Η διαδικασία εξασφαλίζει ότι ο άνοδος αποτελείται αποκλειστικά από σωματίδια λιθίου και έχει μικρότερο όγκο από έναν άνοδο τεχνολογίας λιθίου-ιόντων με δομή γραφίτη.

Παρόλο που αυτές οι μπαταρίες βρίσκονται ακόμη στη φάση ανάπτυξης, υπόσχονται πολλαπλές βελτιώσεις σε σχέση με τις τρέχουσες μπαταρίες, συμπεριλαμβανομένης μεγαλύτερης ενεργειακής πυκνότητας, μεγαλύτερης διάρκειας ζωής, ενισχυμένης ασφάλειας και μικρότερου μεγέθους. Η ελπιδοφόρα προοπτική που προσφέρουν οι στερεές μπαταρίες τις καθιστά ελκυστικό πεδίο για τους επιστήμονες να διερευνήσουν περαιτέρω και να δουν τι θα μπορούσε να γίνει με αυτές.

Μια πρόσφατη ανακοίνωση ειδήσεων σχετικά με έρευνα του Πανεπιστημίου του Μινεσότα ισχυρίζεται ότι οι ερευνητές «αποκωδικοποιούν το μυστικό των στερεών μπαταριών». Στα επόμενα τμήματα, θα εξετάσουμε τους λόγους που στηρίζουν αυτή τη φιλόδοξη δήλωση.

Τι έχουν πετύχει οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μινεσότα

Η έρευνα, με τίτλο Cathode–Electrolyte Interphase Formation in Solid State Li-Ion Batteries via 4D-STEM¹, δείχνει μια απλή ροή εργασίας για τη μελέτη του σχηματισμού της διεπαφής καθόδιο-ηλεκτρολύτη (CEI) χρησιμοποιώντας 4D-σάρωση μετάδοσης ηλεκτρονίων μικροσκοπίας (4D-STEM) που δεν απαιτεί συναρμολόγηση SS-LIB.

Στα σημεία επαφής μεταξύ του στερεού ηλεκτρολύτη και του ενεργού υλικού του καθόδιου σε στερεές μπαταρίες λιθίου-ιόντων, σχηματίζονται στρώματα διεπαφής, αυξάνοντας την αντίσταση του κελιού. Οι ερευνητές εξαλείφουν την ανάγκη για συναρμολόγηση SS-LIB και δείχνουν τα οφέλη του MoCl5:EtOH ως χημικού παράγοντα απολιθίου, μαζί με χημικά απολιθιωμένο καθόδιο LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NMC) σε επαφή με σκόνη SE Li10GeP2S12 (LGPS), ως υποκατάστατο CEI SS-LIB.

Οι ερευνητές χαρτογράφησαν τη σύνθεση και τη δομή των στρωμάτων CEI χρησιμοποιώντας 4D-STEM, φασματοσκοπία ενέργειας διασποράς X (EDS) και ανάλυση συνάρτησης κατανομής ζευγών ηλεκτρονίων (ePDF). Τα ευρήματά τους υποδεικνύουν ότι επαλειψίες που εμποδίζουν τη μεταφορά ανιόντων ενώ επιτρέπουν τη μεταφορά ιόντων λιθίου και ηλεκτρονίων μπορεί να αποτρέψουν το σχηματισμό διεπαφής και να μειώσουν την αντίσταση σε SS-LIBs.

«Οι επαλειψίες πρέπει να είναι αρκετά λεπτές ώστε να αποτρέπουν τις αντιδράσεις, αλλά όχι τόσο παχιές ώστε να εμποδίζουν τη ροή ιόντων λιθίου. Στοχεύουμε στη διατήρηση των υψηλών επιδόσεων των υλικών του στερεού ηλεκτρολύτη και του καθόδιου. Ο στόχος μας είναι να χρησιμοποιούμε αυτά τα υλικά μαζί χωρίς να θυσιάζουμε τις επιδόσεις τους για συμβατότητα.»

Όλα αυτά μπορεί να ακούγονται πολύ τεχνικά, αλλά υπάρχει μια πιο απλή προοπτική για να κατανοήσουμε την επίτευξη της έρευνας.

Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε για μια πρόοδο στις μπαταρίες που φέρνει τις στερεές παραλλαγές ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα.

Αντιμετώπιση του Προβλήματος του Υγρού Ηλεκτρολύτη

Οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων βασίζονται σε υγρούς ηλεκτρολύτες, οι οποίοι μπορούν να προκαλέσουν πυρκαγιά εάν υποστούν ζημιά ή υπερθερμανθούν. Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μιζού αντιμετώπισαν αυτό το πρόβλημα αναπτύσσοντας αποδοτικές τεχνικές για την αντικατάσταση των υγρών ή γέλης ηλεκτρολυτών με στερεούς ηλεκτρολύτες.

Επεξηγώντας πώς λειτουργεί η λύση τους, ο βοηθός καθηγητής Matthias Young, ο οποίος έχει κοινές διοριστικές θέσεις στο Κολλέγιο Μηχανικής και στο Κολλέγιο Τεχνών και Επιστημών του Mizzou, είπε τα εξής:

«Όταν ο στερεός ηλεκτρολύτης έρχεται σε επαφή με τον καθόδιο, αντιδρά και σχηματίζει ένα στρώμα διεπαφής περίπου 100 νανόμετρα παχύ — 1.000 φορές μικρότερο από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας. Αυτό το στρώμα εμποδίζει τα ιόντα λιθίου και τα ηλεκτρόνια να κινηθούν ελεύθερα, αυξάνοντας την αντίσταση και μειώνοντας την απόδοση της μπαταρίας.»

Η Πιο Σημαντική Επανάσταση

Η πιο σημαντική επίτευξη της ερευνητικής ομάδας, ωστόσο, ήταν η χρήση τετραδιάστατης σάρωσης μετάδοσης ηλεκτρονίων μικροσκοπίας (4D STEM). Αυτό που την έκανε επαναστατική ήταν ότι μπορούσαν να εξετάσουν την ατομική δομή της μπαταρίας χωρίς να την αποσυναρμολογήσουν, επιτρέποντάς τους να αποκτήσουν θεμελιώδη κατανόηση των χημικών αντιδράσεων στο εσωτερικό και να προσδιορίσουν το βαθμό βλάβης που ευθύνεται το στρώμα διεπαφής.

Από την προοπτική των δυνητικών χρηστών αυτών των μπαταριών, η έρευνα και οι συνέπειές της έχουν τεράστια προοπτική.

Αναμενόμενα Πρακτικά Οφέλη

Οι παγκόσμιοι κατασκευαστές αυτοκινήτων είναι ενθουσιασμένοι για τις στερεές μπαταρίες επειδή θα προσφέρουν μεγαλύτερη ασφάλεια και θερμική σταθερότητα. Η έρευνα που μόλις συζητήσαμε αποτελεί μια πρόοδο προς αυτή την κατεύθυνση — ένα εξαιρετικά σημαντικό βήμα μπροστά. Επιπλέον, η έρευνα θα μπορούσε να οδηγήσει σε βελτιώσεις στην ασφάλεια, την απόδοση, τη διάρκεια ζωής των μπαταριών, το κόστος και το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα.

Οι επιστήμονες μπαταριών σε όλο τον κόσμο είναι αισιόδοξοι ότι η νέα γενιά στερεών μπαταριών, που θα προκύψει από τέτοιες έρευνες, θα ξεπεράσει τελικά δύο βασικά μειονεκτήματα των συμβατικών μπαταριών λιθίου-ιόντων. Οι καθόδιοι πλούσιοι σε νικέλιο θα επιτρέψουν στη βιομηχανία μπαταριών να χρησιμοποιεί λιγότερο κοβάλτιο στον καθόδιο. Δεύτερον, οι στερεές χημείες θα επιτρέψουν στους κατασκευαστές μπαταριών να χρησιμοποιούν μέταλλο λιθίου στον άνοδο.

Ο πρώτος παράγοντας είναι κρίσιμος για την ανάπτυξη αυτού του τομέα, επειδή το κοβάλτιο είναι σπάνιο, ακριβό και δύσκολο στην εξόρυξη. Προέρχεται από χώρες με αδύναμους νόμους εξόρυξης. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η χρήση του λιθίου στον άνοδο είναι σημαντική, καθώς αυξάνει την ενεργειακή πυκνότητα και προάγει την ασφάλεια.

Μιλώντας για τη χρήση του μεταλλικού λιθίου, Helena Braga, αναπληρώτρια καθηγήτρια φυσικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Πόρτο στην Πορτογαλία και γνωστή ερευνήτρια που συνεργάστηκε με Nobel Prize winner John Goodenough on solid-state batteries a decade ago, said:

«Αυτός είναι ο λόγος που ξεκινήσαμε αυτό το (στερεό) ταξίδι αρχικά — ώστε να μπορούμε να χρησιμοποιούμε μεταλλικό λίθιο.»

Συνολικά, αυτή η τεχνολογία και η τεχνική βασισμένη στην έρευνα μπορούν να οδηγήσουν σε βελτιωμένα σχέδια μπαταριών με ενισχυμένη απόδοση και ασφάλεια, ενδεχομένως επηρεάζοντας τις καταναλωτικές ηλεκτρονικές συσκευές και τα ηλεκτρικά οχήματα εντός 3-7 ετών.

Ωστόσο, η πραγματική αξία μιας τέτοιας έρευνας θα εξαρτηθεί από το πόσο επιτυχώς οι εταιρείες και οι επιχειρήσεις που κατασκευάζουν στερεές μπαταρίες θα τις υιοθετήσουν και θα τις κλιμακώσουν. Στο επόμενο τμήμα, θα συζητήσουμε μια τέτοια εταιρεία, Solid Power, Inc. (SLDP ), που ειδικεύεται στην τεχνολογία όλων των στερεών μπαταριών, εστιάζοντας σε ασφαλέστερες και πιο αποδοτικές λύσεις αποθήκευσης ενέργειας.

Solid Power, Inc. (SLDP ) 

Η Solid Power τοποθετείται ως πάροχος τεχνολογίας κυψελών όλων των στερεών μπαταριών που προσφέρει βασικές βελτιώσεις σε σχέση με τη σημερινή συμβατική τεχνολογία λιθίου-ιόντων βασισμένη σε υγρό και τα επόμενης γενιάς υβριδικά κύτταρα, συμπεριλαμβανομένης υψηλής ενέργειας, ενισχυμένης ασφάλειας, μεγαλύτερης διάρκειας ζωής και εξοικονόμησης κόστους. 

Οι μπαταρίες της Solid Power επιτρέπουν τη χρήση ηλεκτροδίων υψηλότερης χωρητικότητας όπως το υψηλού περιεχομένου πυριτίου και το μέταλλο λιθίου για επίτευξη υψηλής ενεργειακής απόδοσης. Γίνονται πιο ασφαλείς αφαιρώντας την ανάγκη για τα αντιδραστικά και ευμετάβλητα υγρά και γέλη συστατικά. Συνεπώς, μπορούν να αντέξουν και να λειτουργούν σε εξαιρετικά υψηλές θερμοκρασίες. Η εταιρεία πιστεύει ότι οι μπαταρίες της μπορούν να προσφέρουν πλεονέκτημα κόστους 15-35% σε σχέση με τις υπάρχουσες μπαταρίες λιθίου-ιόντων σε επίπεδο πακέτου.

Στα επόμενα τμήματα, θα συζητήσουμε τις τρεις ποικιλίες των στερεών μπαταριών της Solid Power.

Κύτταρο Σιλικόνης EV

Αυτά τα κύτταρα διαθέτουν άνοδο υψηλού περιεχομένου σιλικόνης που παρέχει υψηλούς ρυθμούς φόρτισης και δυνατότητες χαμηλότερης θερμοκρασίας. Αυτές οι μπαταρίες τροφοδοτούνται από τα ιδιόκτητα στερεά ηλεκτρολύτες της εταιρείας βασισμένα σε θειϊκούς. Τέλος, ο καθόδιος NMC είναι βιομηχανικά πρότυπο και εμπορικά ώριμος.

Μέταλλο Λιθίου

Οι μπαταρίες Solid Power Lithium Metal διαθέτουν μέταλλο λιθίου και άνοδο υψηλής ενέργειας. Αυτή η κατηγορία μπαταριών τροφοδοτείται επίσης από τα ιδιόκτητα στερεά ηλεκτρολύτες της Solid Power βασισμένα σε θειϊκούς και από βιομηχανικά πρότυπους και εμπορικά ώριμους καθόδιους NMC.

Κύτταρο Μετατροπής Αντίδρασης

Τέλος, φτάνουμε στην κατηγορία μπαταριών κυττάρου μετατροπής αντίδρασης που διαθέτουν μέταλλο λιθίου, άνοδο υψηλής ενέργειας, στερεά ηλεκτρολύτες βασισμένα σε θειϊκούς εξαιρετικά χαμηλού κόστους και καθόδιο τύπου μετατροπής υψηλής ειδικής ενέργειας.

Η τεχνολογία μπαταριών της Solid Power διαθέτει στερεά ηλεκτρολύτες βασισμένα σε θειϊκούς ως μία από τις πιο ισχυρές της βάσεις. Η τεχνολογία εξασφαλίζει την πλήρη αφαίρεση του εύφλεκτου υγρού ηλεκτρολύτη και του στρώματος διαχωριστή πολυμερούς σε μια παραδοσιακή μπαταρία λιθίου-ιόντων και το αντικαθιστά με ένα στερεό στρώμα που, παρόλο που είναι λεπτό, λειτουργεί ως φραγμός για να αποτρέπει την επαφή του ανόδου και του καθόδιου, κάτι που θα προκαλούσε βραχυκύκλωμα. Λειτουργεί επίσης ως αγώγιμος ηλεκτρολύτης. Ο στερεός ηλεκτρολύτης της Solid Power βασισμένος σε θειϊκούς προσφέρει τον καλύτερο συνδυασμό αγωγιμότητας, δυνατότητας παραγωγής και απόδοσης σε επίπεδο κυψέλης.

Η βασική τεχνολογία στερεού ηλεκτρολύτη της Solid Power, βασισμένη σε θειϊκούς, χρησιμοποιεί υλικά άφθονα στη γη. Η εταιρεία αναμένει να κλιμακώσει την παραγωγή του ηλεκτρολύτη ώστε να τροφοδοτήσει 800.000 ηλεκτρικά οχήματα μέσω των κυψελών όλων των στερεών μπαταριών ετησίως μέχρι το 2028.

SLDP: Τελευταίες Ενημερώσεις

Τον Δεκέμβριο του 2024, η Solid Power ανακοίνωσε την επέκταση της συνεργασίας της με τη Ford έως το 2025. Η τρίτη τροποποίηση της συμφωνίας κοινής ανάπτυξης αντανακλούσε τη συνεχιζόμενη δέσμευση μεταξύ Solid Power και Ford να προωθήσουν τα όρια της απόδοσης των μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων.

Οι αναφορές ανέφεραν την επέκταση της συνεργασίας ως σημαντικό βήμα για την προσπάθεια της Solid Power να εμπορευματοποιήσει την τεχνολογία στερεών μπαταριών της. Η επεκταμένη συνεργασία με τη Ford, κορυφαίο παγκόσμιο κατασκευαστή αυτοκινήτων, τόνισε τη δυνητική επίδραση της τεχνολογίας της Solid Power στη βιομηχανία αυτοκινήτων.

Τον Ιανουάριο του 2025, η εταιρεία συνήψε μια σημαντική χρηματοοικονομική συμφωνία με το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE). Η εταιρεία ανακοίνωσε ότι εξασφάλισε έως $50 εκατομμύρια χρηματοδότηση για την ενίσχυση των δυνατοτήτων παραγωγής της από υλικό στερεού ηλεκτρολύτη βασισμένο σε θειϊκούς, απαραίτητο για τις μπαταρίες επόμενης γενιάς.

Η χρηματοδότηση ήρθε ως μέρος μιας Συμφωνίας Βοήθειας με ημερομηνία έναρξης 1 Ιανουαρίου 2025, η οποία προέβλεπε ότι η Solid Power θα συνεισφέρει $60 εκατομμύρια από τα κεφάλαιά της ως μέρος της συμφωνίας κατανομής κόστους. Η επένδυση είχε ως στόχο την υποστήριξη της εγκατάστασης εξοπλισμού απαραίτητου για συνεχή παραγωγή, η οποία αναμένεται να ενισχύσει την κλίμακα παραγωγής της εταιρείας.

Στο πλαίσιο της συμφωνίας, η Solid Power υποχρεώθηκε να τηρεί συγκεκριμένες απαιτήσεις αναφοράς και υποχρεώσεις συμμόρφωσης. Η υποστήριξη του DOE τόνισε τη σημασία της προόδου της τεχνολογίας μπαταριών για την αποθήκευση ενέργειας και τα ηλεκτρικά οχήματα, τομείς κρίσιμους για τη μετάβαση σε οικονομία χαμηλού άνθρακα.

Η συνεργασία της εταιρείας με το DOE ήταν ένα στρατηγικό βήμα για την επιτάχυνση της εμπορευματοποίησης των στερεών μπαταριών, που υπόσχονται υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα, ενισχυμένη ασφάλεια και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής σε σύγκριση με τις συμβατικές μπαταρίες λιθίου-ιόντων.

Στο οικονομικό μέτωπο, η Solid Power παρουσίασε έσοδα $20,1 εκατομμύρια το 2024, αύξηση $2,7 εκατομμυρίων σε σύγκριση με το 2023. Τα λειτουργικά έξοδα ανήλθαν σε $125,5 εκατομμύρια το 2024, αυξημένα από $108,0 εκατομμύρια το 2023, λόγω αυξημένων εξόδων έρευνας και ανάπτυξης για τη βελτίωση της απόδοσης του ηλεκτρολύτη και των σχεδίων κυψελών, της παραγωγής ηλεκτρολύτη, των αγορών εξοπλισμού που υποστηρίζουν τις συμφωνίες με την SK On, και της κλιμάκωσης των λειτουργιών, συμπεριλαμβανομένης της ίδρυσης λειτουργιών στην Κορέα. Η λειτουργική ζημιά για το 2024 ήταν $105,3 εκατομμύρια, ενώ η καθαρή ζημιά ήταν $96,5 εκατομμύρια, ή $0,54 ανά μετοχή.

«Το 2025, η Solid Power θα συνεχίσει να προωθεί την ανάπτυξη της τεχνολογίας ASSB βελτιώνοντας την απόδοση του ηλεκτρολύτη μέσω ανατροφοδότησης από την ομάδα ανάπτυξης κυψελών μας, υλοποιώντας τις απαιτήσεις των εταίρων και τις αιτήσεις των πελατών, συνεχίζοντας την καινοτομία τόσο στις τεχνολογίες ηλεκτρολύτη όσο και κυψελών, και διατηρώντας οικονομική πειθαρχία ενώ επενδύει στρατηγικά στην ανάπτυξη και τις δυνατότητες.»

– John Van Scoter, Πρόεδρος και Διευθύνων Σύμβουλος της Solid Power

Στερεή Μπαταρία: Ματιά στο Μέλλον

Το μέλλον των στερεών μπαταριών φαίνεται συναρπαστικό, γεμάτο δυνατότητες καινοτομίας. Το 2024, για παράδειγμα, ερευνητές από τη Σχολή Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών John A. Paulson του Χάρβαρντ (SEAS) ανέπτυξαν μια νέα μπαταρία μεταλλικού λιθίου που θα μπορούσε να φορτιστεί και να αποφορτιστεί τουλάχιστον 6.000 φορές — περισσότερο από οποιοδήποτε άλλο κύτταρο μπαταρίας τύπου pouch — και θα μπορούσε να επαναφορτιστεί σε λίγα λεπτά.

«Οι μπαταρίες με άνοδο από μέταλλο λιθίου θεωρούνται το άγιο δισκοπότηρο των μπαταριών επειδή έχουν δέκα φορές τη χωρητικότητα των εμπορικών αλυσίδων γραφίτη και θα μπορούσαν να αυξήσουν δραστικά την απόσταση οδήγησης των ηλεκτρικών οχημάτων.»

Στην έρευνά τους, ο Li και η ομάδα του σταμάτησαν το σχηματισμό ντεντριτών χρησιμοποιώντας σωματίδια σιλικόνης μικρομετρήσεων στην άνοδο για να περιορίσουν την αντίδραση λιθίου και να διευκολύνουν την ομογενή επικάλυψη ενός παχέος στρώματος μεταλλικού λιθίου. Όταν τα ιόντα λιθίου μετακινήθηκαν από τον καθόδιο στην άνοδο κατά τη διάρκεια της φόρτισης, η αντίδραση λιθίου περιορίστηκε στην επιφάνεια, και τα ιόντα προσδέθηκαν στην επιφάνεια του σωματιδίου σιλικόνης χωρίς να διαπεράσουν περαιτέρω.

«Στο σχέδιό μας, το μεταλλικό λίθιο τυλίγεται γύρω από το σωματίδιο σιλικόνης, όπως ένα σκληρό σοκολατένιο κέλυφος γύρω από έναν πυρήνα φουντουκιού σε μια σοκολατένια τρούφα.»

– Li

Τα επενδυμένα σωματίδια σχημάτισαν ομοιόμορφη επιφάνεια, εξασφαλίζοντας ομοιόμορφη κατανομή της πυκνότητας ρεύματος και αποτρέποντας την ανάπτυξη ντεντριτών. Και επειδή η επικάλυψη και η απομάκρυνση μπορούν να συμβούν γρήγορα σε μια ομοιόμορφη επιφάνεια, η μπαταρία μπορεί να επαναφορτιστεί σε περίπου 10 λεπτά.

Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια έκδοση μπαταρίας τύπου pouch μεγέθους γραμματοσήμου, 10 έως 20 φορές μεγαλύτερη από το κεραμικό κύτταρο που κατασκευάζεται στα περισσότερα πανεπιστημιακά εργαστήρια. Η μπαταρία διατήρησε το 80% της χωρητικότητάς της μετά από 6.000 κύκλους, υπερέχοντας άλλες μπαταρίες τύπου pouch του ίδιου επιπέδου.

Στη διαδικασία, οι ερευνητές αποκάλυψαν δεκάδες άλλα υλικά που ενδεχομένως να προσφέρουν παρόμοια απόδοση. Σύμφωνα με τον Li:

«Προηγούμενες έρευνες είχαν διαπιστώσει ότι άλλα υλικά, συμπεριλαμβανομένου του ασημιού, θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως καλά υλικά στην άνοδο για στερεές μπαταρίες.»

Για να γίνει η διαδικασία καθολική, μια ομάδα ερευνητών δημοσίευσε ένα άρθρο σχετικά με την αξιολόγηση της επαναληψιμότητας της απόδοσης κυψελών όλων των στερεών μπαταριών.² Οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η συγκρισιμότητα και η επαναληψιμότητα μεταξύ εργαστηρίων της απόδοσης κυκλώματος κυψελών όλων των στερεών μπαταριών ήταν κακώς κατανοητές λόγω της έλλειψης τυποποιημένων εγκαταστάσεων και παραμέτρων συναρμολόγησης.

Οι ερευνητές πρότειναν ένα σύνολο παραμέτρων για την αναφορά των αποτελεσμάτων κυκλώματος στερεών μπαταριών και υπέστησαν την αναφορά δεδομένων τριπλά. Για παράδειγμα, μια αρχική τάση ανοιχτού κυκλώματος 2,5 και 2,7 V έναντι Li+/Li ήταν καλός δείκτης επιτυχούς κυκλώματος για κύτταρα που χρησιμοποιούν αυτά τα ηλεκτρο-ενεργά υλικά.

Η τυποποίηση της παραγωγής στερεών μπαταριών είναι κρίσιμη επειδή η χρηστικότητά της είναι ποικίλη. Ενώ οι κατασκευαστές EV είναι μεταξύ των πιο ενδιαφερόμενων στην ανάπτυξη αποδοτικών στερεών μπαταριών, ακόμη και ερευνητές της NASA ανέφεραν πρόοδο στην ανάπτυξη καινοτόμου πακέτου μπαταρίας που ήταν ελαφρύτερο, ασφαλέστερο και είχε καλύτερη απόδοση από τις μπαταρίες που χρησιμοποιούνται συνήθως σε οχήματα και μεγάλα ηλεκτρονικά σήμερα.

Οι ερευνητές της NASA πειραματίστηκαν με καινοτόμα νέα υλικά που δεν είχαν ακόμη χρησιμοποιηθεί σε μπαταρίες. Η ομάδα συνειδητοποίησε νωρίς ότι η αρχιτεκτονική στερεών μπαταριών τους επέτρεπε να αλλάξουν την κατασκευή και τη συσκευασία της μπαταρίας, μειώνοντας το βάρος ενώ αυξάνοντας τη χωρητικότητα αποθήκευσης ενέργειας. Δείξαν ότι οι στερεές μπαταρίες μπορούν να τροφοδοτήσουν αντικείμενα με τεράστια χωρητικότητα 500 watt-ώρες ανά κιλό — διπλάσια από αυτή ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου.

«Δεν μόνο αυτή η σχεδίαση εξαλείφει το 30 έως 40 τοις εκατό του βάρους της μπαταρίας, αλλά μας επιτρέπει επίσης να διπλασιάσουμε ή ακόμη και να τριπλασιάσουμε την ενέργεια που μπορεί να αποθηκεύσει, ξεπερνώντας κατά πολύ τις δυνατότητες των μπαταριών λιθίου-ιόντων που θεωρούνται κορυφαίες.»

– Rocco Viggiano, κύριος ερευνητής του SABERS

SABERS είναι ακρωνύμιο για τη δραστηριότητα που έχει ορίσει η NASA, ‘Στερεές Μπαταρίες Αρχιτεκτονικής για Βελτιωμένη Επαναφορτιμότητα και Ασφάλεια.’

Όπως υποδηλώνει το όνομα, το μέλλον των στερεών μπαταριών θα ευδοκιμήσει σε αυτά τα χαρακτηριστικά της γρήγορης επαναφορτιμότητας και της ασφάλειας. Οι κατασκευαστές θα επιδιώκουν όλο και περισσότερο την ανάπτυξη μπαταριών που φορτίζονται γρήγορα χωρίς να καταστρέφουν την ασφάλεια.

Κάντε κλικ εδώ για μια λίστα με τις 5 καλύτερες μετοχές στερεών μπαταριών.