Innehåll
En dyr nödvändighet
Men elektrolytter i fast tillstånd är dyra att tillverka. Som Dr. Lorenzo Grande, en teknikanalytiker på IDTechEx, som kommer att presentera ett webinarium på solid state-batteriteknologi den 25 oktober (detaljer här om du vill lyssna på), berättade för mig, "kostnaden per kvadratmeter ökar exponentiellt med storleken på batteriet du vill skapa. ”
Kostnaden per kvadratmeter ökar exponentiellt med batteriets storlek.
Kostnaden för ett tunnfilmsbatteri kan vara 20-30 $ för en liten RFID, men kostnaden skulle vara oöverkomlig vid smartphone-batterinivåer. I den skalan kan ett fast tillståndsalternativ kosta tusentals dollar för ett enda batteri.
Detta är helt klart en hinder för vanliga konsumentelektronikapplikationer. Men som Dr. Grande påpekade, med hänvisning till aktuella händelser:
Litiumjonbatterier som vi känner till innehåller brandfarliga elektrolyter. Dessa elektrolyter är vanligtvis tillverkade av organiska ämnen eller kemikalier som är mycket brandfarliga.
När vi överväger att ersätta dessa elektrolyter med en fast motsvarighet är den omedelbara fördelen övergången från en brandfarlig vätska till något fast material som antingen inte är brandfarligt eller är mycket mindre brandfarligt och därför säkrare för användaren.
Anledningen till att alla använder flytande elektrolyter är att fasta elektrolyter antingen inte är fullt utvecklade än eller fortfarande är för dyra att tillverka i stor skala.
Som sagt är det uppenbart att solid-state-batterier har en stor framtid inom konsumentelektronik framför dem, så länge vi kan sänka tillverkningskostnaderna. Även om det fortfarande är väldigt mycket någons spel, tror Dr. Grande att ett företag som Samsung, som har drabbats enorma skador på sitt säkerhets rykte nyligen, kan vara bland de första som tillkännagav ett solid-state-batteri i en smartphone, även om det kostar dem pengar för att göra det.
Där vi är på
Som Dr. Grande sa till mig, de flesta företag som gör nyheterna i solid-state och alternativt batteriteknikvärld (som Enevate, som har ett kisel-litiumjonbatteri som kommer ut någon dag nu), tenderar att vara de små startups som behöver reklam. Och ändå, till och med Enevate är öppen för kostnaderna för alternativ till det vi har nu, medgav att prestanda skalar med pris, så ett högpresterande batteri har fortfarande en relativt hög kostnad.
Men precis hur avancerad forskningen på fast tillstånd elektrolyter är hos stora företag som Samsung och LG, som producerar både batterier och konsumentelektronik, är mycket svårare att mäta. Vad de nuvarande marknadsledarna inom mobilbatterietekniken har uppnått bakom stängda dörrar kan vara mycket avancerade, men av konkurrensskäl publicerar de det inte.
Under de närmaste åren kommer vätskebaserade elektrolyter i litiumjonbatterier vara en saga historia.
Icke desto mindre tror en forskare som Dr. Grande fast att de närmaste åren kommer vätskebaserade elektrolyter i litiumjonbatterier att vara en saga historia: ”Solid-state-batterimarknaden är beredd att vara en spelväxlare på området . Företaget som lyckas fånga värdekedjan bakom faststatusbatterier kommer att generera en ny blandning av de viktigaste marknadsaktörerna. ”
Naturligtvis har asiatiska batteriföretag ett starkt intresse av att behålla sin dominans, men det har varit mycket intresse och investeringar nyligen i USA och Europa. Beroende på vem som definierar den dominerande tekniken och vem lyckas göra det på ett kostnadseffektivt sätt kan de nuvarande marknadsledarna förlora en betydande del av sin marknadsandel till faststatusbatterier i framtiden.
Nuvarande marknadsledare kan tappa en betydande del av sin marknadsandel för faststatusbatterier.
Anledningen till att saker är så felaktigt definierade just nu är att det finns cirka åtta olika kategorier av fast tillståndselektrolyter som kan användas i mobil elektronik. Varje elektrolytformulering har olika fördelar, vilket innebär att varje typ kommer att vara mer eller mindre tillämplig på en marknad beroende på dess specifika prioriteringar.
Fördelarna med fast tillstånd
Ökad säkerhet, i kombination med längre livslängd och högre kapacitet ger en ganska övertygande försäljningsgrad.
Så vad är de viktigaste fördelarna med solida batterier? Säkerheten är hög bland dem, med fastformiga elektrolyter är inte bara mindre brandfarliga utan också mer stabila och mindre benägna för den termiska språng som resulterar i batteriexplosioner.
Men fastämne-elektrolyter är också mindre reaktiva än flytande, så de kan förväntas hålla mycket längre. Solid-state-batterier möjliggör också ökad energitäthet, "upp till två gånger de nuvarande värdena om dessa batterier också har grafitanoden ersatt med en litiummetallanod". Ökad säkerhet, i kombination med längre livslängd och högre kapacitet ger en ganska övertygande försäljningsgrad.
Men hur tillverkare kommer att välja att rulla ut solid-state-batterier är någon gissning. Tillverkarna kan välja att hålla batteriets fysiska storlek lika stor som de är idag, med högre batteritid som fördelen. Eller så kan de välja att minska den totala storleken på batteriet och samtidigt behålla den befintliga "hela dagen" batteritiden som vi är vana vid.
Detta kan verka som ett uppenbart val - vem skulle inte välja en telefon som marknadsförs med 2-3 dagars batteritid? - men kom ihåg att solid-state-batterier är dyra att producera.
Det var mer benägna att se mindre solid-state-batterier som introducerades först med batterilivslängd som liknar det som fick nu.
Det betyder att det är mer troligt att vi ser mindre solid-state-batterier som introducerats först med batteritid som liknar vad vi får från befintliga vätskebaserade elektrolyter. Åtminstone tills kostnaden för tillverkning av fast tillståndselektrolyter kan sänkas ned.
När kommer den?
Så när kan vi förvänta oss att solid-state-batterier tar över? Enligt Dr. Grande är bilindustrin det ultimata slutspelet. Det betyder att bilindustrin måste vänta längst på grund av de stränga säkerhetskraven. Men det betyder att andra fält kan förväntas se faststatusbatterier rullas ut mycket tidigare.
Denna teknik kommer verkligen inte att vara mogen nog för mobiltelefonmarknaden i ytterligare 4-5 år.
"Dronmarknaden är på många sätt ett första steg för nästa generation solid-batterier," säger Dr. Grande, "och detta kommer att hända redan 2017. Den andra marknaden skulle vara bärbar och sedan större konsumentelektronik som smartphones . Men den här tekniken är inte riktigt mogen för mobiltelefonmarknaden i ytterligare 4-5 år. ”
Även med denna ganska bekanta klingande tidsram är fastelektrolyter i batterier - eller annan ny batteriteknik - förfallna: ”Litiumjon närmar sig sina tekniska begränsningar och den flytande elektrolyten är ett av orsakerna till det. När väl solida tillstånd har aktiverats på drönmarknaden och konsumentelektronikmarknaden kommer varje företag att se de extra fördelarna med att använda den här tekniken för att göra bättre batterier.
Sista ordet
Som alltid är problemet kostnads- och massanpassning. De initiala investeringskostnaderna är fortfarande höga och vi väntar fortfarande på att mainstream-massproduktionsmodellen ska definieras. Men när ett företag som Samsung beslutar att ta steget i en konsumentprodukt kommer de enorma produktionsvolymerna att bidra till att minska tillverkningskostnaderna.
Vad de stora batterietillverkarna hittills har gjort är skadekontroll. Det finns dock ingen silverkula i detta avseende.
”Vad de stora batteritillverkarna hittills har gjort är att göra skadeskydd, dvs lägga till ett flamskyddsmedel till en vätskebaserad elektrolyt. Det finns dock ingen silverkula i detta avseende. Batteritillverkare har lagt till tillsatser i flera år nu, men som ni ser av nyheterna kan dåliga saker fortfarande hända. ”
Solid-state kan vara framtiden, men som Dr. Grande varnar, "vi är fortfarande inte säker på vilken av dessa tekniker som kommer att komma till massmarknaden." Det måste också medges att "det som finns där just nu är inte i nivå med prestanda för flytande elektrolyter. Men när tekniken når förfall är det liten tvekan om att fast tillstånd kommer att ta över.
Gillar du ljudet från solida batterier? Tror du att det här kan hjälpa Samsungs bild?
Om du vill gå med i Dr. Lorenzo Grantes webinar om solid-state-batterier för IDTechEx, klicka här. Det finns flera sessioner den 25 oktober.
