Innhold
En dyr nødvendighet
Men faststoffelektrolytter er dyre å lage. Som Dr. Lorenzo Grande, en teknologeanalytiker hos IDTechEx, som vil presentere et webinar om solid state-batteriteknologi 25. oktober (detaljer her hvis du vil høre på), fortalte meg, "kostnaden per kvadratmeter øker eksponentielt med størrelsen på batteriet du vil lage. ”
Kostnaden per kvadratmeter øker eksponentielt med størrelsen på batteriet.
Kostnaden for et tynnfilmsbatteri kan være 20-30 dollar for et lite RFID, men kostnadene vil være uoverkommelige på smarttelefonens batterinivå. I den skalaen kan et faststoffalternativ koste tusenvis av dollar for et enkelt batteri.
Dette er helt klart en barriere for vanlige forbrukerelektronikkapplikasjoner. Men som Dr. Grande påpekte, og refererte til aktuelle hendelser:
Litiumionbatterier som vi kjenner dem inneholder brennbare elektrolytter. Disse elektrolyttene er vanligvis laget av organiske stoffer eller kjemikalier som er svært brennbare.
Når vi vurderer å erstatte disse elektrolyttene med en solid motstykke, er den umiddelbare fordelen byttet fra en brennbar væske til noe fast stoff som enten ikke er brennbart eller er mye mindre brennbart og derfor tryggere for brukeren.
Årsaken til at alle bruker flytende elektrolytter er fordi faste elektrolytter enten ikke er fullt utviklet ennå eller fortsatt er for dyre å produsere i stor skala.
Når det er sagt, er det klart at faststoffbatterier har en stor fremtid innen forbrukerelektronikk foran seg, så lenge vi kan få ned kostnadene for produksjon. Selv om det fremdeles er veldig mye noens spill, tror Dr. Grande at et selskap som Samsung, som har fått enorm skade på sikkerhetsrommet sitt den siste tiden, kan være blant de første som kunngjør et solid state-batteri i en smarttelefon, selv om det koster dem penger til å gjøre det.
Hvor vi er på
Som Dr. Grande fortalte meg, er de fleste selskapene som lager nyhetene i solid-state og alternativt batteriteknisk verden (som Enevate, som har et silisium-litium-ion-batteri som kommer ut hver dag nå), en tendens til å være de små oppstartene som trenger reklamen. Og enda, til og med Enevate er åpen om kostnadene som er forbundet med alternativer til det vi har nå, og innrømmer at ytelsen skalerer med pris, så et høyt ytelsesbatteri har fortsatt relativt høye kostnader.
Men hvor avansert forskningen på faststoffelektrolytter er hos store selskaper som Samsung og LG, som produserer både batterier og forbrukerelektronikk, er mye vanskeligere å måle. Hva de nåværende markedslederne innen mobil batteriteknologi har oppnådd bak lukkede dører, kan være veldig avanserte, men av konkurransemessige årsaker offentliggjør de det ikke.
I løpet av de neste årene vil væskebaserte elektrolytter i litiumionbatterier være en saga blott.
Likevel mener en forsker som Dr. Grande bestemt at i løpet av de nærmeste årene vil væskebaserte elektrolytter i litiumionbatterier være en saga blott: “Solid-state-batterimarkedet er opptatt av å være en spillveksler på feltet . Selskapet som klarer å fange verdikjeden bak solid-state-batterier, vil generere en omstemming av de viktigste markedsaktørene. "
Naturligvis har asiatiske batteriselskaper en sterk interesse for å opprettholde sin dominans, men det har vært mye interesse og investeringer den siste tiden i USA og Europa. Avhengig av hvem som definerer den dominerende teknologien, og hvem som klarer å gjøre det på en kostnadskonkurransedyktig måte, kan de nåværende markedslederne miste en betydelig mengde av markedsandelen til solid state-batterier i fremtiden.
Nåværende markedsledere kan miste en betydelig del av markedsandelen til solid state-batterier.
Grunnen til at ting er så dårlig definert akkurat nå, er fordi det er rundt åtte forskjellige kategorier av faststoffelektrolytter som kan brukes i mobil elektronikk. Hver elektrolyttformulering har forskjellige fordeler, noe som betyr at hver type vil være mer eller mindre anvendbar i et marked avhengig av de spesielle prioriteringene.
Fordeler med solid tilstand
Økt sikkerhet kombinert med lengre levetid og høyere kapasitet gir en ganske overbevisende salgsbane.
Så hva er de viktigste fordelene med solid state-batterier? Sikkerheten er høy blant dem, med faststoff-elektrolytter ikke bare mindre brennbart, men også mer stabilt og mindre utsatt for den termiske løsmassene som resulterer i batterieksplosjoner.
Men faststoffelektrolytter er også mindre reaktive enn flytende, så det kan forventes at de vil vare mye lenger. Solid-state-batterier tillater også økt energitetthet, "opptil to ganger gjeldende verdier hvis disse batteriene også har erstattet grafittanoden med en litiummetallanode". Økt sikkerhet kombinert med lengre levetid og høyere kapasitet gir en ganske overbevisende salgsbane.
Men hvordan produsenter vil velge å rulle ut solid-state-batterier, er det noen som antar. Produsenter kan velge å holde den fysiske størrelsen på et batteri i samme størrelse som de er i dag, med større batteritid som fordelen. Eller de kan velge å redusere den totale størrelsen på batteriet mens de opprettholder den eksisterende "hele dagen" batterilevetiden vi er vant til.
Dette kan virke som et åpenbart valg - hvem vil ikke velge en telefon som markedsføres som 2-3 timers batterilevetid? - men husk at solid-state-batterier er dyre å produsere.
Det var mer sannsynlig at mindre solid-state-batterier ble introdusert først med batterilevetid som ligner på det som ble nå.
Det betyr at det er mer sannsynlig at vi ser mindre solid-state-batterier som ble introdusert først med batterilevetid som ligner på det vi får fra eksisterende væskebaserte elektrolytter. I det minste til kostnadene for produksjon av faststoffelektrolytter kan bringes ned.
Når kommer den?
Så når kan vi forvente å se solid-state-batterier ta over? I følge Dr. Grande er bilindustrien det endelige spillet. Det betyr at bilbransjen må vente lengst på grunn av de strenge sikkerhetskravene. Men det betyr at andre felt kan forventes å se solid-state-batterier rullet ut mye tidligere.
Denne teknologien vil ikke være moden nok for mobiltelefonmarkedet i ytterligere 4-5 år.
"Dronemarkedet er på mange måter et første skritt for den neste generasjonen solid-state-batterier," sier Dr. Grande, "og dette vil skje allerede i 2017. Det andre markedet vil være bærbart og deretter større forbrukerelektronikk som smarttelefoner . Men denne teknologien vil egentlig ikke være moden nok for mobiltelefonmarkedet i ytterligere 4-5 år. "
Selv med dette ganske vellydende klingende tidsrammen, er faststoff-elektrolytter i batterier - eller en annen ny batteriteknologi - for lengre: "Litium-ion nærmer seg de tekniske begrensningene, og den flytende elektrolytten er en av grunnene til det. Når først solide elektrolytter er aktivert i dronemarkedet og forbrukerelektronikkmarkedet, vil hvert selskap se de ekstra fordelene ved å bruke denne teknologien for å lage bedre batterier.
Avsluttende ord
Som alltid er problemet kostnads- og masseadopsjon. De innledende investeringskostnadene er fortsatt høye, og vi venter fortsatt på at hovedproduksjonsmodellen for masseproduksjon blir definert. Men når et selskap som Samsung bestemmer seg for å ta steget i et forbrukerprodukt, vil de enorme økningene i produksjonsvolumet bidra til å redusere produksjonskostnadene.
Det store batteriprodusenter har gjort så langt er skadekontroll. Det er imidlertid ingen sølvkule i så måte.
"Det som de største batteriprodusentene har gjort hittil, er å gjøre skaderegulering, dvs. legge til et flammehemmende middel til en væskebasert elektrolytt. Det er imidlertid ingen sølvkule i så måte. Batteriprodusenter har lagt tilsetningsstoffer i mange år nå, men som du ser av nyhetene, kan det fortsatt skje dårlige ting. ”
Solid-state kan være fremtiden, men som Dr. Grande advarer, "vi er fremdeles ikke sikre på hvilken av disse teknologiene som kommer til massemarkedet." Det må også innrømmes at "det som er der akkurat nå, er ikke på nivå med ytelsen til flytende elektrolytter. Men når teknologien når modenhet, er det liten tvil om at solid state vil ta over.
Liker du lydene fra solid-state-batterier? Tror du dette kan hjelpe Samsungs image?
Hvis du vil være med på Dr. Lorenzo Grande sitt webinar om solid-state-batterier for IDTechEx, klikk her. Det er flere økter den 25. oktober.
