Baterijske celice s trdnim elektrolitom

Izzivi, omejitve in razvojne smeri tehnologije

Baterijska celica med polnjenjem in praznjenjem “diha”; debelina anode (iz litijeve kovine) se med polnjenjem povečuje, med praznjenjem pa zmanjšuje, kar predstavlja težavo za stabilno zasnovo celice. Ta mora biti narejena oziroma stisnjena tako, da se plasti med seboj ne ločijo, a hkrati mora omogočati omenjeno raztezanje. V številnih prototipih takšnih celic za stisnjenost plasti med seboj skrbijo posebne vzmeti, ki pa niso primerne za serijsko izdelavo. Na voljo je nekaj drugih tehnologij, a zaenkrat še ni delujoče - in ustrezno poceni - velikoserijske rešitve te težave.

Ioni se lažje prosto gibljejo v tekočini kot v trdni snovi, kar je še ena od ovir za velikoserijsko uporabo celic s trdnim elektrolitom. Trdni elektrolit postane dober prevodnik šele ob visokih temperaturah (približno 50 stopinj Celzija), ki jih je v praksi težko vzdrževati, če je takšen sklop baterijskih celic v avtomobilu. Če baterijska celica s trdnim elektrolitom ni ustrezno segreta, se njena zmogljivost precej zmanjša. Zato je velik del prizadevanja razvojnikov usmerjen v raziskave materialov, ki ne zahtevajo tako visokih temperatur.

Doba trajanja baterijskih celic s trdnim elektrolitom je v sedanji preskusni fazi še vedno krajša od dobe trajanja klasičnih litij-ionskih baterijskih celic, čeprav raziskave kažejo, da bi bila lahko precej daljša. Klasične litij-ionske baterijske celice z železo-fosfatno (LFP) kemijo že dosegajo in presegajo 4000 ciklov polnjenja. Celice s trdnim elektrolitom pa v teoriji obljubljajo od 8000 do 10.000 ciklov polnjenja, kar pa je v praksi zelo težko doseči. Glavni razlog za to je že omenjeni težko dosegljivi trajni trdni stik med plastmi celice.

Shema baterije s trdnim elektrolitom z litij-sulfidnim sistemom Prerez baterijske celice s trdnim elektrolitom.