Revolutionierung der Energiespeicherung: Der Aufstieg von Festkörperbatterien im Zeitalter der Elektrofahrzeuge
Lithium-Ionen-BatterienKommerziell verwendete bestehen hauptsächlich aus Kathode, Anodenseparator und Elektrolyt. Lithium-Ionen-Batterien werden in Smartphones, Elektrowerkzeugen und Elektrofahrzeugen eingesetzt. Sie verwenden eine flüssige Elektrolytlösung.
Komponenten einer Batterie –
Elektroden - Die Elektrode, die während der Entladung Elektronen freisetzt, ist eine Anode; die Elektrode, die die Elektronen absorbiert, ist die Kathode. Sie speichern Lithium. Der Elektrolyt transportiert positiv geladene Lithiumionen (d. h. ein Ion ist ein elektrisch geladenes Teilchen, das erzeugt wird, um ein positives oder negatives Ion zu ergeben, indem entweder Elektronen von einem neutralen Atom entfernt oder hinzugefügt werden) von der Anode zur Kathode und umgekehrt durch den Separator. Die Bewegung von Lithiumionen erzeugt freie Elektronen in der Anode, wodurch eine Ladung erzeugt wird, die elektrischen Strom durch ein mit Strom versorgtes Gerät leitet. Elektroden sind für die grundlegende Leistung der Batterie verantwortlich.
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Separator und Elektrolyt - Diese beiden bestimmen die Sicherheit einer Batterie. Der Separator wirkt als physische Barriere zwischen Kathode und Anode und verhindert den direkten Elektronenfluss zwischen ihnen, wodurch der Elektronenfluss im Inneren der Batterie blockiert wird, so dass nur Ionen durch sie hindurchtreten können.
Der Elektrolyt überträgt Ionen (ladungstragende Teilchen) zwischen den beiden Elektroden der Batterie hin und her, wodurch sich die Batterie auflädt und entlädt.
Festkörperbatterie - Die Festkörperbatterie verwendet eine feste Elektrolytlösung anstelle einer flüssigen Elektrolytlösung. Sie spielt auch die Rolle eines Separators. Sie hat eine höhere Energiedichte. Es besteht keine Explosions- oder Brandgefahr, wodurch die Notwendigkeit von Sicherheitskomponenten für diese Zwecke entfällt und mehr Platz zur Erhöhung der Batteriekapazität gespart wird.
Beispiel für eine Festkörperbatterie
Experimentieren mitFestkörperbatteriengeht auf die späten 1950er Jahre zurück, mit der Verwendung von silberionenleitenden Elektrolyten. Schnell vorwärts bis heute, ein Beispiel für eine Festkörperbatterie ist Lithiumphosphatglas. Die Energiedichte ist in diesen Batterien hoch, mit einer höheren Energiekapazität als bei einer Li-Ionen-Batterie.
Vorteile der Festkörperbatterie
Flüssige Elektrolyte in Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus brennbaren organischen Lösungsmitteln; es gibt Bedenken hinsichtlich ihrer Verwendung in Umgebungen mit hohen Temperaturen. Ein solches Risiko besteht bei der Verwendung von Festkörperbatterien nicht, da diese nicht aus brennbaren Materialien hergestellt werden. Sie können bei hohen Temperaturen verwendet werden und ermöglichen aufgrund ihrer Hitzebeständigkeit ein schnelles Aufladen. Ein weiterer Vorteil ist die Wahl der Batteriegröße, da es keine strukturellen Einschränkungen wie bei flüssigen Elektrolyten gibt, um Leckagen zu vermeiden.
Rolle von Festkörperbatterien in Elektrofahrzeugen
Die Forschung weist auf den Übergang von ICEVs (Verbrennungskraftfahrzeugen) zu Elektrofahrzeugen in der Autoindustrie hin. Es müssen mehrere Herausforderungen gelöst werden, bevor Elektrofahrzeuge zum Mainstream werden. EVs müssen ein ähnliches Maß an Laufleistung aufweisen wie die aktuellen ICEV, und es ist notwendig, die Batteriekapazität eines EV zu erhöhen, um dies zu erreichen. Der Austausch von Lithium-Ionen-Batterien durch Festkörperbatterien ist ein wichtiger Markttrend in der Forschung und Entwicklung für Automobil- und Festkörperbatteriehersteller.
Die Marktgröße der Festkörperbatterie wird voraussichtlich mit einer CAGR von 32,5 % wachsen und bis 2028 314 Millionen US-Dollar erreichen, gegenüber 58 Millionen US-Dollar im Jahr 2022.
Fazit
Lithium-Ionen-Batterien erreichen ihren technologischen Fortschritt. Festkörperbatterien sind eine praktikable Alternative, um aktuelle einschränkende Faktoren anzugehen. Enorme Investitionen von Herstellern (Toyota, BMW, Volkswagen, Hyundai und viele mehr) in die Forschung und Entwicklung von Festkörperbatterien werden zu innovativen technologischen Fortschritten in der Branche führen.
Autor: Abhishek Saini