O que é uma bateria de estado sólido e eles resolverão nossos problemas de vida útil da bateria?

A tecnologia móvel está aumentando exponencialmente em potência, mas a tecnologia de bateria não está acompanhando. Estamos atingindo os limites físicos do que os designs convencionais de íons de lítio e polímeros de lítio podem fazer. A solução pode ser algo chamado de bateria de estado sólido.

O que é uma bateria de estado sólido?

Em um projeto de bateria convencional - mais comumente de lítio - dois eletrodos de metal sólido são usados ​​com um sal de lítio líquido atuando como um eletrólito. As partículas iônicas se movem de um eletrodo (o cátodo) para o outro (o anodo) à medida que a bateria carrega, e ao contrário, à medida que descarrega. O eletrólito sal de lítio líquido é o meio que permite esse movimento. Se você já viu uma bateria corroer ou ser perfurada, o “ácido da bateria” que escorre (ou às vezes explode) é o eletrólito líquido.

Em uma bateria de estado sólido, tanto o positivo quanto o negativo os eletrodos e o eletrólito entre eles são pedaços sólidos de metal, liga ou algum outro material sintético. O termo "estado sólido" pode lembrá-lo de unidades de dados SSD, e isso não é uma coincidência. As unidades de armazenamento de estado sólido usam memória flash, que não se move, ao contrário de um disco rígido padrão, que armazena dados em um disco magnético giratório acionado por um minúsculo motor. Embora a ideia de sólido as baterias estaduais existem há décadas, os avanços em seu desenvolvimento estão apenas começando, impulsionados atualmente por investimentos de empresas de produtos eletrônicos, fabricantes de automóveis e fornecedores industriais em geral.

Quais as vantagens das baterias de estado sólido?

As baterias de estado sólido prometem algumas vantagens distintas sobre seus primos com líquido: melhor duração da bateria, tempos de carregamento mais rápidos e uma experiência mais segura.

Baterias de estado sólido comprimem o ânodo , cátodo e eletrólito em três camadas planas em vez de suspender os eletrodos em um eletrólito líquido. Isso significa que você pode torná-los menores - ou, pelo menos, mais planos - enquanto mantém tanta energia quanto uma bateria maior baseada em líquido. Portanto, se você substituísse a bateria de lítio-íon ou polímero de lítio do seu telefone ou laptop por uma bateria de estado sólido do mesmo tamanho, ela teria uma carga muito mais longa. Alternativamente, você pode fazer um dispositivo que mantenha a mesma carga muito menor ou mais fina. Baterias de estado sólido também são mais seguras, já que não há líquido tóxico e inflamável a ser derramado, e elas não produzem tanto calor como baterias recarregáveis ​​convencionais. Quando aplicados a baterias que alimentam a eletrônica atual ou até mesmo carros elétricos, eles podem recarregar muito mais rápido também - os íons podem se mover muito mais rapidamente do cátodo para o ânodo.

Segundo as pesquisas mais recentes, um sólido a bateria de estado pode superar as baterias recarregáveis ​​convencionais em 500% ou mais em termos de capacidade e carregar em um décimo do tempo.

Quais são as desvantagens?

Como as baterias de estado sólido são uma tecnologia emergente, elas são incrivelmente caras de fabricar. Tão caro, na verdade, que eles não são instalados em nenhuma grande eletrônica de consumo no momento em que escrevo. Em 2012, analistas escrevendo para o departamento de Análise de Software e Processamento Avançado de Materiais da Universidade da Flórida estimaram que uma bateria de estado sólido típica do tamanho de um telefone celular custaria cerca de US $ 15.000,00 para ser fabricada. Uma grande o suficiente para alimentar um carro elétrico custaria US $ 100.000.

Parte disso é porque as economias de escala não estão no lugar - centenas de milhões de baterias recarregáveis ​​são feitas a cada ano, o custo de fabricação dos materiais e equipamentos está espalhado por enormes linhas de suprimento. Existem apenas algumas empresas e universidades pesquisando baterias de estado sólido, então o custo para produzir cada uma é astronômico. Outra questão é os materiais. Embora as propriedades de vários metais, ligas e sais metálicos usados ​​em baterias recarregáveis ​​convencionais sejam bem conhecidas, atualmente não conhecemos a melhor composição química e atômica para um eletrólito sólido entre anodos e cátodos metálicos. A pesquisa atual está reduzindo isso, mas precisamos coletar dados mais confiáveis ​​antes de coletar ou sintetizar os materiais e investir em processos de fabricação.

Quando vou ter uma bateria de estado sólido?

Como acontece com toda a tecnologia emergente, tentar descobrir quando você vai entrar em cena é uma suposição, na melhor das hipóteses.

É encorajador que muitas corporações enormes estejam investindo na pesquisa necessária para levar as baterias de estado sólido para o mercado de consumo, mas com um grande avanço no futuro imediato, é difícil dizer se haverá um grande salto adiante. Pelo menos uma empresa de automóveis informou que estará pronta para colocar uma em um veículo até 2023, mas não adivinha quanto custará esse carro. Cinco anos parece excessivamente otimista; dez anos parece mais provável. Pode ser de vinte anos ou mais antes que os materiais sejam resolvidos e os processos de fabricação sejam desenvolvidos.

Mas, como dissemos no início do artigo, a tecnologia convencional de baterias está começando a atingir uma parede. E não há nada como vendas potenciais para incentivar a pesquisa e o desenvolvimento. É pelo menos um pouco (muito, muito ligeiramente) possível que você possa usar um gadget ou dirigir um carro alimentado por uma bateria de estado sólido em breve.