Kiinteän olomuodon akut ovat akkutyyppejä, joissa käytetään kiinteitä elektrodeja ja elektrolyyttejä, toisin kuin perinteisissä litiumioniakuissa käytetyissä nestemäisissä tai polymeerigeelielektrolyyteissä. Niillä on suurempi energiatiheys, nopeammat latausajat ja parempi turvallisuus verrattuna perinteisiin akkuihin.
Käyttävätkö puolijohdeakut litiumia?
Kyllä, useimmat parhaillaan kehitteillä olevat puolijohdeakut käyttävät litiumia pääelementtinä.
Kiinteän olomuodon akuissa voidaan toki käyttää elektrolyyttinä erilaisia materiaaleja, kuten litiumia. Kiinteän olomuodon akuissa voidaan kuitenkin käyttää elektrolyyttinä myös muita materiaaleja, kuten natriumia, rikkiä tai keraamia.
Yleisesti ottaen elektrolyyttimateriaalin valinta riippuu useista tekijöistä, kuten suorituskyvystä, turvallisuudesta, kustannuksista ja saatavuudesta. Kiinteän olomuodon litiumakut ovat lupaava teknologia seuraavan sukupolven energian varastointiin korkean energiatiheytensä, pitkän käyttöikänsä ja parannetun turvallisuutensa ansiosta.
Miten puolijohdeakut toimivat?
Kiinteän olomuodon akuissa käytetään kiinteää elektrolyyttiä nestemäisen elektrolyytin sijaan ionien siirtämiseen akun elektrodien (anodin ja katodin) välillä. Elektrolyytti on tyypillisesti valmistettu keraamisesta, lasista tai polymeerimateriaalista, joka on kemiallisesti stabiili ja johtava.
Kun puolijohdeakku latautuu, elektronit siirtyvät katodilta kiinteän elektrolyytin läpi anodille, jolloin syntyy virta. Kun akku purkautuu, virran suunta kääntyy ja elektronit siirtyvät anodilta katodille.
Kiinteän olomuodon akuilla on useita etuja perinteisiin akkuihin verrattuna. Ne ovat turvallisempia, koska kiinteä elektrolyytti on vähemmän altis vuodoille tai räjähdyksille kuin nestemäiset elektrolyytit. Niillä on myös suurempi energiatiheys, mikä tarkoittaa, että ne voivat varastoida enemmän energiaa pienempään tilavuuteen.
Kiinteän olomuodon akuissa on kuitenkin edelleen joitakin haasteita, joihin on puututtava, kuten korkeat valmistuskustannukset ja rajallinen kapasiteetti. Tutkimusta tehdään parempien kiinteiden elektrolyyttimateriaalien kehittämiseksi ja kiinteiden olomuodon akkujen suorituskyvyn ja käyttöiän parantamiseksi.
Kuinka monta puolijohdeakkuja valmistavaa yritystä on nyt markkinoilla?
Useat yritykset kehittävät tällä hetkellä kiinteän tilan akkuja:
1. Kvanttimaisema:Vuonna 2010 perustettu startup-yritys, joka on houkutellut sijoituksia Volkswagenilta ja Bill Gatesilta. He väittävät kehittäneensä puolijohdeakun, joka voi lisätä sähköajoneuvon toimintamatkaa yli 80 %.
2. Toyota:Japanilainen autonvalmistaja on työskennellyt puolijohdeakkujen parissa useiden vuosien ajan ja pyrkii saamaan ne tuotantoon 2020-luvun alkuun mennessä.
3. Fisker:Sähköautoihin erikoistunut luksusstartup-yritys tekee yhteistyötä UCLA:n tutkijoiden kanssa kehittääkseen kiinteän olomuodon akkuja, joiden he väittävät lisäävän merkittävästi ajoneuvojensa toimintamatkaa.
4. BMW:Saksalainen autonvalmistaja työskentelee myös puolijohdeakkujen parissa ja on tehnyt yhteistyötä coloradolaisen startup-yrityksen Solid Powerin kanssa niiden kehittämiseksi.
5. Samsung:Korealainen elektroniikkajätti kehittää puolijohdeakkuja älypuhelimiin ja muihin elektronisiin laitteisiin.
Käytetäänkö tulevaisuudessa puolijohdeakkuja aurinkoenergian varastointiin?
Puolijohdeakuilla on potentiaalia mullistaa energian varastointi aurinkoenergian sovelluksissa. Perinteisiin litiumioniakkuihin verrattuna puolijohdeakut tarjoavat suuremman energiatiheyden, nopeammat latausajat ja lisääntyneen turvallisuuden. Niiden käyttö aurinkoenergian varastointijärjestelmissä voisi parantaa kokonaistehokkuutta, vähentää kustannuksia ja tehdä uusiutuvasta energiasta helpommin saatavilla. Puolijohdeakkuteknologian tutkimus ja kehitys on käynnissä, ja on mahdollista, että näistä akuista voisi tulla valtavirtaratkaisu aurinkoenergian varastointiin tulevaisuudessa. Mutta nyt puolijohdeakut on suunniteltu erityisesti sähköajoneuvojen sovelluksiin.
Toyota kehittää kiinteän tilan akkuja Prime Planet Energy & Solutions Inc:n kautta, joka on Panasonicin kanssa yhteisyritys, joka aloitti toimintansa huhtikuussa 2020 ja jolla on noin 5 100 työntekijää, mukaan lukien 2 400 kiinalaisessa tytäryhtiössä. Tuotanto on kuitenkin tällä hetkellä melko rajallista, ja toivottavasti sen osuus kasvaa vuoteen 2025 mennessä, kun aika on kypsä.
Milloin puolijohdeakkuja tulee saataville?
Meillä ei ole pääsyä uusimpiin uutisiin ja päivityksiin puolijohdeakkujen saatavuudesta. Useat yritykset työskentelevät kuitenkin puolijohdeakkujen kehittämisen parissa, ja jotkut ovat ilmoittaneet aikovansa lanseerata ne vuoteen 2025 mennessä tai myöhemmin. On kuitenkin tärkeää huomata, että puolijohdeakkujen saatavuusaikataulu voi vaihdella useiden tekijöiden, kuten teknologisten haasteiden ja viranomaishyväksyntöjen, mukaan.
Julkaisun aika: 03.06.2023