เทคโนโลยี แบตเตอรี่^(Battery)มาไกลตลอดหลายปีที่ผ่านมา แกดเจ็ตอย่างโดร^(drones)นและสมาร์ทโฟนจะไม่สามารถทำได้หากไม่มีเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ทันสมัย 

อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่จะดีกว่าเสมอ! 

แบตเตอรี่โซลิดสเตตดูเหมือนจะเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่ครั้งต่อไป และผลิตภัณฑ์ที่ใช้ก็อยู่ใกล้แค่เอื้อม ซึ่งหมายความว่าขณะนี้เป็นเวลาที่เหมาะสมที่สุดในการทำความคุ้นเคยกับสิ่งที่พวกเขาเป็นและเหตุใดจึงสำคัญ

“โซลิดสเตต” หมายถึงอะไร?

ไม่ว่าจะเป็นแบตเตอรี่รถยนต์ตะกั่วกรด ถ่านอัลคาไลน์แบบใช้แล้วทิ้ง หรือแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์^{(lithium polymer batteries)}ในโทรศัพท์ ล้วนใช้อิเล็กโทรไลต์เหลว อิเล็กโทรไลต์เป็นสารนำไฟฟ้าที่เชื่อมต่อขั้วภายในทั้งสองของแบตเตอรี่ อิเล็กตรอนไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์ ทำให้แบตเตอรี่สามารถสร้างประจุไฟฟ้าหรือคายประจุออกมาได้

แบตเตอรี่โซลิดสเตตใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งแทนอิเล็กโทรไลต์เหลวแบบเดิม นั่นคือความแตกต่างพื้นฐานเพียงอย่างเดียวระหว่างเทคโนโลยีแบตเตอรี่ทั้งสอง ฟังดูง่ายพอสมควร แต่วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ได้ดิ้นรนมาเป็นเวลาหลายทศวรรษเพื่อสร้างวัสดุที่เป็นของแข็งที่สามารถทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไลต์ได้

มีอะไรยาก^(Hard)เกี่ยวกับแบตเตอรี่โซลิดสเตต ?^{(Solid State)}

วัสดุต่างๆ เช่น เซรามิกและโลหะลิเธียม มีศักยภาพในการเป็นอิเล็กโทรไลต์ในสถานะของแข็ง ปัญหาคือวิธีการเซรามิกส่งผลให้ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ต่ำ โลหะลิเธียมมีแนวโน้มดี แต่มีข้อบกพร่องร้ายแรง เมื่อชาร์จและคายประจุแบตเตอรี่แล้ว “เดนไดรต์” โลหะจะเติบโตผ่านอิเล็กโทรไลต์ แบตเตอรี่อาจลัดวงจรและกลายเป็นอันตรายได้

การค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่ใช้งานได้จริงและคุ้มค่าสำหรับปัญหาเหล่านี้เป็นภารกิจของบริษัทและทีมวิจัยหลายแห่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตอนนี้งานนั้นกำลังจะจ่ายออก 

ทำไมต้องผ่านปัญหาทั้งหมดนี้? มาดูข้อดีของแบตเตอรี่โซลิดสเตทกันดีกว่าแบตเตอรี่แบบเดิมๆ

ความปลอดภัย

แบตเตอรี่เก็บพลังงานจำนวนมาก และมักมีอันตรายที่พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมาในลักษณะที่ไม่สามารถควบคุมได้ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้น อาจหมายถึงไฟไหม้ การระเบิด และผลลัพธ์ที่ไม่ต้องการอื่นๆ แบตเตอรี่โซลิดสเตต หากปัญหาเดนไดรต์ได้รับการแก้ไข สัญญาว่าจะปลอดภัยและมีเสถียรภาพมากขึ้น ประการหนึ่ง พวกมันไม่ติดไฟ ดังนั้นไฟจากแบตเตอรี่จึงควรเป็นเรื่องของอดีต

สิ่งนี้ไม่เพียงมีความสำคัญสำหรับยานพาหนะไฟฟ้า เช่น รถยนต์และโดรน แต่ยังรวมถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนบุคคล เช่น สมาร์ทโฟนและแล็ปท็อปด้วย ผู้คนจำนวนมากได้รับบาดเจ็บทุกปีจากไฟไหม้แบตเตอรี่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของพวกเขา เหตุไฟไหม้บ้านทั้งหลัง!

ความเร็วในการชาร์จ

แบตเตอรี่ลิเธียมสมัยใหม่สามารถชาร์จด้วยความเร็วที่น่าประทับใจ^{(charge at impressive speeds)}แต่ก็ยังใช้เวลานานในการเติม มีการจำกัดพลังงานที่คุณสามารถเทลงในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเดิมได้ ก่อนที่แบตเตอรี่จะหมด แบตเตอรี่โซลิดสเตตสัญญาว่าจะชาร์จเร็วกว่าแบตเตอรี่ที่เราใช้อยู่ถึงหกเท่า นั่นหมายถึงการชาร์จโทรศัพท์ของคุณจากที่ว่างจนเต็มในห้านาที หรือcharging an electric car to 80% in 15 15

ความจุและขนาดพลังงาน

ปัจจุบันแบตเตอรี่ ลิเธียม^(Lithium)ไอออนมีความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดสำหรับแบตเตอรี่ทุกประเภทที่จำหน่ายต่อสาธารณะ แต่ก็ยังมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำมันเบนซินหลายเท่า แม้ว่าแบตเตอรี่โซลิดสเตตจะไม่ทำให้แบตเตอรี่มีปริมาณเทียบเท่าก๊าซ แต่ก็ให้คำมั่นสัญญาว่าจะเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานต่อปริมาตรมากกว่าสองเท่า 

กล่าวอีกนัยหนึ่ง หากคุณเปลี่ยนแบตเตอรี่ในโทรศัพท์โดยใช้รุ่นโซลิดสเตต ในทางทฤษฎี แบตเตอรี่อาจใช้งานได้นานขึ้นสองเท่าในทางทฤษฎีโดยไม่เพิ่มขนาด นี่เป็นอีกหนึ่งจุดขายที่สำคัญสำหรับรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งไม่ได้รับความนิยมเท่าที่ควร เนื่องจากความกังวลเรื่องระยะ

อายุการใช้งานและความทนทาน

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนในปัจจุบันส่วนใหญ่เริ่มเสื่อมคุณภาพหลังจากรอบการชาร์จและคายประจุจนเต็มประมาณ 500 รอบ หลังจากนั้นแบตเตอรี่จะเริ่มสูญเสียความจุ^{(battery begins to lose its capacity)}จนแทบจะไม่สามารถเก็บประจุได้เลย ในสมาร์ทโฟนซึ่งขณะนี้มีแนวโน้มว่าจะมีแบตเตอรี่แบบปิดผนึก ซึ่งทำให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์จำกัดอย่างเข้มงวด แบตเตอรี่โซลิดสเตตสัญญาว่าจะเพิ่มขีด จำกัด นั้นอย่างมาก มากถึงห้าเท่า 

ดังนั้น ในที่ที่แบตเตอรี่โทรศัพท์ที่ใช้ประจำวันโดยทั่วไปอาจเริ่มลดระดับลงหลังจากผ่านไปสองถึงสามปี แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตจะยังคงอยู่ที่ความจุสูงสุดที่กำหนดได้นานถึงสิบห้าปี ^{(fifteen years)}ในรถยนต์ไฟฟ้า ซึ่งการเปลี่ยนแบตเตอรี่มีค่าใช้จ่ายสูง ซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อต้นทุนการเป็นเจ้าของรถยนต์ประเภทนี้ 

จุดอ่อนของแบตเตอรี่โซลิดสเตต

หากทั้งหมดนี้ฟังดูดีเกินกว่าจะเป็นจริงได้ ก็มีข้อแม้บางประการสำหรับเทคโนโลยีนี้ สิ่งเหล่านี้ยังคงต้องได้รับการแก้ไขก่อนที่จะใช้เทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตตอย่างกว้างขวาง

• ราคา^{(Cost )}อาจเป็นศัตรูตัวฉกาจที่สุด ทีม วิจัย^(Research)และบริษัทสตาร์ทอัพกำลังทำงานอย่างหนักเพื่อทำให้กระบวนการผลิตสำหรับแบตเตอรี่เหล่านี้ราคาถูกลงและปรับขนาดได้ บางบริษัทอ้างว่าปิดตัวไปแล้ว แต่เราจะไม่ทราบว่าพวกเขาประสบความสำเร็จเพียงใด จนกว่าเราจะเห็นราคาจริงของผลิตภัณฑ์ที่มีแบตเตอรี่เหล่านี้

• แบตเตอรี่เหล่านี้ยังมีปัญหาที่อุณหภูมิ^{(struggle at low temperatures)}ต่ำ ดังนั้นการแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับฉนวนหรือการรักษาอุณหภูมิในการทำงานที่ดีจึงเป็นส่วนหนึ่งของความท้าทาย

คุณสามารถซื้อแบตเตอรี่โซลิดสเตต ได้เมื่อใด^{(Solid State)}

มีบางบริษัทเช่นSolid PowerและQuantumScapeซึ่งอ้างว่าอยู่ในจุดยอดของการใช้งานแบตเตอรี่โซลิดสเตตเชิงพาณิชย์ 

โตโยต้า^(Toyota)วางแผนที่จะขายรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่แบบโซลิด สเตต ภายในปี 2564 ⁽²⁰²¹⁾ทั้งSolid PowerและQuantumScapeตั้งเป้าที่จะเปิดตัวแบตเตอรี่สำหรับรถยนต์ในปี 2022 และ 2024 ตามลำดับ ซึ่งหมายความว่าในอีกสองสามปีข้างหน้า เราอาจจะเริ่มการปฏิวัติแบตเตอรี่ได้ 

นั่นคือก่อนที่เราจะไปถึงความเป็นไปได้ที่มาจากการใช้กราฟีน วัสดุมหัศจรรย์นี้รับประกันว่าแบตเตอรี่จะดียิ่งขึ้น ไม่ว่าจะมีอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของเหลวหรือของแข็งอยู่ในตัวก็ตาม การให้กราฟีนเล่นบอลทำให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรคลาดเคลื่อนไปได้นานกว่าที่คาดไว้ แต่คุณสามารถซื้อ พาว เวอร์แบงค์แบบไฮบริด^{(hybrid graphene powerbank)}ได้ในขณะนี้ แท้จริง^(Truly)อนาคตอยู่ที่นี่

What Are Solid State Batteries and Why Are They Important?

Battery technology hаs come a long way over the years. Gadgеts 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

• คู่มือการซื้อ SSD (โซลิดสเตตไดรฟ์) สำหรับปี 2019

• เหตุใด Amazon ของฉันคือ Spanish ภาษาและการตั้งค่า Important อื่น ๆ

• 3 วิธีในการใช้ Photo or Video บน Chromebook

• วิธีการ Detect Computer & Email Monitoring หรือ Spying Software

• แบน Panel Display Technology Demystified: TN, IPS, VA, OLED และอื่น ๆ

• วิธีการเปิด File กับ No Extension

• อะไร Do BCC and CC Mean? ความเข้าใจ Basic Email Lingo

• วิธีการสร้าง Spotify Louder and Sound Better

• วิธีการ Download and Install Peacock บน Firestick

• วิธีการ Mute Someone บน Discord

• วิธีการเปลี่ยนภาษาใน Netflix

• วิธีการหา Memories บน Facebook

• วิธีใช้ VLOOKUP ในแผ่น Google

• วิธีการ Insert Emoji ใน Word, Google Docs and Outlook

• Best Camera Settings สำหรับ Portraits

• 4 Ways เพื่อค้นหาอินเทอร์เน็ตที่ดีที่สุด Options (ISPs) ในพื้นที่ของคุณ

• Discord ไม่ใช่ Opening? 9 Ways เพื่อแก้ไข

• วิธีการแก้ไข“รอดำเนินการทำธุรกรรม” ข้อผิดพลาด Steam

• ไม่สามารถ Schedule Uber ใน Advance? นี่คือสิ่งที่ต้องทำ

• 7 Quick Fixes เมื่อ Minecraft Keeps Crashing