Công nghệ pin^(Battery) đã có một chặng đường dài trong những năm qua. Các tiện ích như máy bay không người lái^(drones) và điện thoại thông minh sẽ không thực tế nếu không có công nghệ pin hiện đại tiên tiến. 

Tuy nhiên, pin luôn có thể tốt hơn! 

Pin trạng thái rắn dường như là một bước tiến lớn tiếp theo và các sản phẩm sử dụng chúng đã ra mắt. Điều này có nghĩa là bây giờ là thời điểm hoàn hảo để bạn làm quen với chúng là gì và tại sao chúng lại quan trọng.

“Trạng thái rắn” có nghĩa là gì?

Cho dù đó là pin ô tô axit chì, pin kiềm dùng một lần hay pin lithium polymer^{(lithium polymer batteries)} trong điện thoại, chúng đều sử dụng chất điện phân lỏng. Chất điện phân là một chất dẫn điện nối hai cực bên trong của pin. Các electron chạy qua chất điện phân, cho phép pin tích điện hoặc phóng điện.

Pin trạng thái rắn sử dụng chất điện phân rắn, thay vì chất điện phân lỏng truyền thống. Đó là sự khác biệt cơ bản duy nhất giữa hai công nghệ pin. Nghe có vẻ đơn giản, nhưng các kỹ sư và nhà khoa học đã phải vật lộn trong nhiều thập kỷ để tìm ra một loại vật liệu rắn có thể hoạt động như một chất điện phân.

Có gì khó^(Hard) về pin trạng thái rắn ?^{(Solid State)}

Nhiều vật liệu khác nhau, chẳng hạn như gốm sứ và kim loại liti, có khả năng làm chất điện phân ở trạng thái rắn. Vấn đề là cách tiếp cận gốm đã dẫn đến hiệu suất pin kém. Kim loại liti có nhiều hứa hẹn, nhưng có một lỗ hổng chết người. Khi pin được sạc và xả, các "đuôi gai" kim loại phát triển qua chất điện phân. Pin có thể bị đoản mạch và trở thành mối nguy hiểm.

Tìm kiếm các giải pháp thực tế và khả thi về mặt kinh tế cho những vấn đề này đã là sứ mệnh của một số công ty và nhóm nghiên cứu trong vài năm qua. Bây giờ công việc đó sắp thành công. 

Tại sao phải trải qua tất cả những rắc rối này? Hãy cùng xem xét những lợi ích mà pin trạng thái rắn hứa hẹn so với pin truyền thống.

Sự an toàn

Pin lưu trữ một lượng lớn năng lượng và luôn có một nguy cơ là năng lượng này có thể được giải phóng một cách mất kiểm soát. Khi điều đó xảy ra, nó có thể có nghĩa là cháy, nổ và các kết quả không mong muốn khác. Pin trạng thái rắn, giả sử vấn đề dendrite được giải quyết, hứa hẹn sẽ an toàn và ổn định hơn. Có một điều, chúng không dễ bắt lửa, vì vậy cháy pin nên chỉ còn là dĩ vãng.

Điều này không chỉ quan trọng đối với các phương tiện điện như ô tô và máy bay không người lái, mà còn đối với các thiết bị điện tử cá nhân như điện thoại thông minh và máy tính xách tay. Nhiều người bị thương mỗi năm do cháy pin trong các thiết bị điện tử của họ. Kết quả là toàn bộ ngôi nhà đã bị thiêu rụi!

Tốc độ sạc lại

Pin lithium hiện đại có thể sạc với tốc độ ấn tượng^{(charge at impressive speeds)} , nhưng vẫn mất nhiều thời gian để đầy. Có một giới hạn về lượng năng lượng bạn có thể đổ vào pin lithium ion truyền thống trước khi tất cả đi ngang. Pin trạng thái rắn hứa hẹn sẽ sạc nhanh gấp sáu lần so với pin mà chúng ta hiện đang sử dụng. Điều đó có nghĩa là sạc đầy điện thoại của bạn trong vòng 5 phút hoặc charging an electric car to 80% in 15 phút .

Năng lượng và Kích thước

Pin Lithium^(Lithium) ion hiện có mật độ năng lượng cao nhất trong số các loại pin được bán cho công chúng. Tuy nhiên, nó vẫn ít đặc hơn nhiều lần so với xăng. Mặc dù pin ở trạng thái rắn không mang lại cho pin ngang bằng với khí, nhưng nó hứa hẹn sẽ tăng hơn gấp đôi mật độ năng lượng trên mỗi thể tích. 

Nói cách khác, nếu bạn thay pin điện thoại bằng kiểu máy ở trạng thái rắn, về lý thuyết, nó có thể chạy lâu hơn gấp đôi mà không tăng kích thước. Đây cũng là một điểm bán hàng lớn khác cho xe điện, vốn không phổ biến như chúng có thể, nhờ sự lo lắng về phạm vi.

Tuổi thọ và độ bền

Hầu hết các loại pin lithium ion hiện tại bắt đầu xuống cấp sau khoảng 500 chu kỳ sạc-xả đầy. Sau thời điểm đó, pin bắt đầu giảm dung lượng^{(battery begins to lose its capacity)} cho đến khi gần như không thể sạc được. Trong điện thoại thông minh, hiện có xu hướng có pin kín, điều này đặt ra một giới hạn khó khăn về tuổi thọ của thiết bị. Pin trạng thái rắn hứa hẹn sẽ tăng giới hạn đó lên rất nhiều. Nhiều như năm lần. 

Vì vậy, trong trường hợp pin điện thoại thông thường sử dụng hàng ngày có thể bắt đầu xuống cấp sau hai đến ba năm, thì pin trạng thái rắn sẽ duy trì ở dung lượng định mức trong tối đa mười lăm năm^{(fifteen years)} . Đối với ô tô điện, việc thay thế pin cực kỳ tốn kém, điều đó có thể ảnh hưởng đáng kể đến chi phí sở hữu đối với loại phương tiện này. 

Điểm yếu của pin trạng thái rắn

Nếu tất cả điều này nghe có vẻ quá tốt để trở thành sự thật, thì có một số lưu ý đối với công nghệ. Một số vấn đề trong số này vẫn cần được giải quyết trước khi công nghệ pin trạng thái rắn được áp dụng rộng rãi.

• Chi phí^{(Cost )} có lẽ là kẻ thù lớn nhất. Các nhóm nghiên cứu^(Research) và các công ty khởi nghiệp đang làm việc chăm chỉ để làm cho quy trình sản xuất loại pin này rẻ hơn và có thể mở rộng. Một số công ty tuyên bố đóng cửa, nhưng chúng tôi sẽ không biết họ đã thành công như thế nào cho đến khi chúng tôi xem giá thực tế của các sản phẩm có pin này.

• Những loại pin này cũng gặp khó khăn ở nhiệt độ thấp^{(struggle at low temperatures)} . Do đó, các giải pháp liên quan đến cách nhiệt hoặc giữ chúng ở nhiệt độ hoạt động tốt là một phần của thách thức.

Khi nào bạn có thể mua pin thể rắn ?^{(Solid State)}

Có một vài công ty như Solid Power và QuantumScape , những công ty tuyên bố là đỉnh cao của các ứng dụng pin trạng thái rắn thương mại. 

Toyota có kế hoạch bán xe điện chạy bằng pin thể rắn sớm nhất là vào năm 2021⁽²⁰²¹⁾ . Cả Solid Power và QuantumScape đều đang hướng tới việc tung ra pin cho các phương tiện giao thông vào năm 2022 và 2024. Điều này có nghĩa là trong vài năm tới, chúng ta có thể bắt đầu cuộc cách mạng về pin. 

Đó là trước khi chúng ta đi sâu vào những khả năng có được từ việc sử dụng graphene. Vật liệu kỳ diệu này hứa hẹn sẽ có những loại pin tốt hơn nữa, cho dù chúng có chất điện phân lỏng hay rắn trong đó. Việc bắt graphene để chơi bóng đã khiến các nhà khoa học và kỹ sư lảng tránh lâu hơn dự kiến, nhưng bạn đã có thể mua một pin sạc dự phòng graphene lai^{(hybrid graphene powerbank)} ngay bây giờ. Quả thật^(Truly) , tương lai là ở đây.

What Are Solid State Batteries and Why Are They Important?

Battery technolоgy has come a long way over the уears. Gadgets like drones and smartphones would be impractical without advanced modern battery technology. 

However, batteries could always be better! 

Solid state batteries seem to be the next big advancement and products that use them are around the corner. This means now is the perfect time to familiarize yourself with what they are and why they’re important.

What Does “Solid State” Mean?

Whether it’s a lead acid car battery, alkaline disposables, or lithium polymer batteries in a phone, they all use a liquid electrolyte. The electrolyte is a conductive substance that connects the two internal terminals of the battery. Electrons flow through the electrolyte, allowing the battery to either build up an electrical charge or to discharge it.

A solid state battery uses a solid electrolyte, instead of the traditional liquid electrolyte. That’s the only fundamental difference between the two battery technologies. It sounds simple enough, but engineers and scientists have been struggling for decades to come up with a solid material that can act as an electrolyte.

What’s Hard About Solid State Batteries?

Various materials, such as ceramics and lithium metals, offer potential as solid state electrolytes. The problem is that the ceramic approach has resulted in poor battery performance. Lithium metals are promising, but have a fatal flaw. As the battery is charged and discharged, metal “dendrites” grow through the electrolyte. The battery can short-circuit and turn into a hazard.

Finding practical and economically viable solutions to these issues has been the mission of several companies and research teams over the past few years. Now that work is about to pay off. 

Why go through all this trouble? Let’s look at the benefits that solid state batteries promise over traditional ones.

Safety

Batteries store large amounts of energy and there’s always a danger that this energy can be released in an uncontrolled way. When that happens, it can mean fire, explosions and other unwanted outcomes. Solid state batteries, assuming the dendrite issue is resolved, promise to be safer and more stable. For one thing, they aren’t flammable, so battery fires should be a thing of the past.

This is not only important for electric vehicles such as cars and drones, but also for personal electronics such as smartphones and laptops. Many people are injured every year by battery fires in their electronic gadgets. Entire houses have been burned to the ground as a result!

Recharge Speed

Modern lithium batteries can charge at impressive speeds, but they still take a long time to fill up. There’s a limit to how much energy you can pour into a traditional lithium ion battery before it all goes sideways. Solid state batteries promise to charge as much as six times faster than the batteries we currently use. That means charging up your phone from empty to full in five minutes or charging an electric car to 80% in 15.

Energy Capacity and Size

Lithium ion batteries currently have the highest energy density of any battery type sold to the public. Yet it’s still many times less dense than gasoline. While solid state batteries don’t bring batteries up to par with gas, it does promise to more than double the energy density per volume. 

In other words, if you changed the battery in your phone using a solid state model, it could theoretically run twice as long without increasing in size. This is yet another big selling point for electric vehicles, which aren’t as popular as they could be, thanks to range anxiety.

Lifespan and Durability

Most current lithium ion batteries start to degrade after about 500 full charge-discharge cycles. After that point the battery begins to lose its capacity until it can barely hold a charge at all. In smartphones, which now tend to have sealed batteries, this puts a hard limit on device lifespan. Solid state batteries promise to greatly increase that limit. As much as five times. 

So, where a typical daily-use phone battery might start to degrade after two to three years, a solid state battery would remain at its rated capacity for up to fifteen years. In electric cars, where the replacement of batteries is extremely costly, that could have a dramatic effect on the cost of ownership for this class of vehicles. 

Solid State Battery Weaknesses

If this all sounds too good to be true, there are a few caveats to the technology. Some of these still need to be solved before widespread adoption of solid state battery technology is achieved.

• Cost is perhaps the greatest foe. Research teams and startup companies are working hard on making the production process for these batteries cheaper and scalable. Some companies claim to be close, but we won’t know how successful they’ve been until we see the actual prices on products with these batteries.

• These batteries also struggle at low temperatures. Therefore, solutions that involve insulating them or keeping them at a good operational temperature are part of the challenge.

When Can You Buy Solid State Batteries?

There are a few companies like Solid Power and QuantumScape, which claim to be at the cusp of commercial solid state battery applications. 

Toyota plans to have solid state battery electric vehicles for sale as early as 2021. Both Solid Power and QuantumScape are aiming for a rollout of batteries for vehicles in 2022 and 2024 respectively.  This means that in the next couple of years we could be right at the start of a battery revolution. 

That’s before we even get into the possibilities that come from using graphene. This wonder material promises even better batteries, whether they have liquid or solid electrolytes in them. Getting graphene to play ball has eluded scientists and engineers for longer than expected, but you can already buy a hybrid graphene powerbank right now. Truly, the future is here.

Related posts

• Hướng dẫn mua SSD (Ổ cứng thể rắn) cho năm 2019

• Tại sao Amazon của tôi bằng Spanish? Ngôn ngữ và cài đặt Important khác

• 3 cách để Hãy Photo or Video trên Chromebook

• Cách Detect Computer & Email Monitoring hoặc Spying Software

• Flat Panel Display Technology Demystified: TN, IPS, VA, OLED trở lên

• Cách hủy kích hoạt Facebook Account thay vì xóa nó

• Best Camera Settings Đối Portraits

• Làm thế nào để Gửi Anonymous Text Message có thể không Be Traced Back cho Bạn

• Cách Download Twitch Videos

• Cách bật hoặc tắt Caps Lock trên Chromebook

• Làm thế nào để Mute Someone trên Discord

• Bạn có thể thay đổi Twitch Name của bạn? Có, nhưng Be Careful

• Không thể Schedule một Uber trong Advance? Đây là những việc cần làm

• Discord Không Opening? 9 Ways để Fix

• Cách hoàn tiền Game trên Steam

• Cách mở File với No Extension

• Cách chia Screen trên Chromebook

• Cách sử dụng VLOOKUP trong tờ Google

• Cách lấy Screenshot trên Steam

• Cách Search Facebook Friends bằng Location, Job hoặc School