⭐ Как это водится, по-настоящему значимые вещи происходят тихо без лишней помпы.
Полностью твердотельный литий-ионный аккумулятор от компании Maxell пошёл в коммерческий релиз и практическое применение силами Nikon. Его установили в первый в мире необслуживаемый «абсолютный энкодер» (вращающийся датчик для роботов).
Что случилось?
Как вы знаете, Nikon специализируется на камерах и устройствах обработки изображения, которые применяются в самых разных отраслях. И теперь компания разработала первый в мире [источник] необслуживаемый энкодер MAR-M700MFA для применения в промышленной электронике и робототехнике, в основе которого появилась настоящая полностью твердотельная батарея (all-solid-state battery).
Для чего датчику робота твердотельная батарея?
Раньше в таких датчиках нужно было регулярно менять батарею, которая давала питание на функции самокоррекции. И она попросту относительно мало служила, так как использовались элементы Li-ion с жидкостным электролитом. Срок службы у них порядка 500 циклов заряд-разряд (как в смартфонах).
💬 Вот, что говорится в описании процесса:
«Необслуживаемый энкодер сохраняет данные о положении при остановке и отключении питания. Он считывает несколько оборотов и сохраняет их количество в энергонезависимой памяти. Для самого процесса сохранения данных в энергонезависимую память питание как раз и должно подаваться от внешнего источника (аккумулятора)».
Что из себя представляет первая коммерческая твердотельная батарея?
- Модель: «Maxell PSB401010H» (есть ещё PSB401515H в разработке);
- тип: полностью твердотельный аккумулятор (all-solid-state battery);
- форм-фактор: огнестойкий керамический корпус, герметичный;
- электролит: аргиродитного типа;
- ёмкость: 8 мА·ч (восемь миллиампер-часов, да, так мало);
- номинальное напряжение: 2,3 В;
- минимальное напряжение: 1,0 В;
- допускается разряд до: 0,0 В;
- максимальное напряжение: 2,6 В;
- выдерживает перезаряд: 5,5 В;
- берёт заряд в мороз до: -20°C;
- предел температуры зарядки: +105°C;
- теоретически можно использовать в морозы до: -50°C;
- фактически компоненты платы защиты держат до: -40°C;
- максимальная температура эксплуатации: +125°C;
- размер ячейки: 10,5 x 10,5 x 4,0 мм;
- вес: 1,4 г;
- срок службы: минимум 20 лет до уменьшения ёмкости на 30% (при t~20°C);
Насколько безопасна твердотельная батарея?
Сама не взрывается, протыкать бесполезно, короткого замыкания не боится.
До +350°C не горит — не происходит теплового разгона. Разрушения химии есть. Они начинаются после +125°C, но безопасно для окружающих предметов — просто деградирует ёмкость.
💥 Если проткнуть гвоздём, то не взорвётся, как литий-ионная.
Само по себе протыкание сопровождается коротким замыканием. В большинстве электрохимических систем такое приводит к неконтролируемому тепловому разгону и пожару, который не потушить.
По техпаспорту твердотельной батареи замыкание накоротко до 0,08R безопасно от слова «совсем».
2024 год — начало эпохи твердотельных батарей?
Фактически они появятся в очень большом количестве устройств в течение года. Но распространение ограничено тем, что стоят такие элементы намного дороже жидкостных литий-ионных ячеек и загущенных (в виде пропитки сепаратора) литий-полимерных.
❌ Твердотельные батареи пока ещё дорогие и маленькие по ёмкости.
Для сравнения у коммерческой ячейки Maxell 8 мА·ч ёмкости (2,3 В) на 1,4 г, когда как у Li-Polymer при сравнимых размерах и весе в среднем ёмкость 100 мА·ч (3,85 В). Удельная энергия получается примерно 13,2 Вт·ч/кг у твердотельных и чуть более 250 Вт·ч/кг у литий-полимерных.
📃 Ожидается, что в первую очередь твердотельными аккумуляторами оснастят:
- робототехнику (как в случае энкодера Nikon),
- промышленное оборудование и станки,
- медицинские приборы (импланты и слуховые аппараты),
- различные датчики и устройства интернета вещей (IoT),
- сенсоры давления в колёсах,
- GPS-метки в транспорте,
- ёмкостные сенсоры в ручках дверей;
- премиальные носимые устройства и беспроводные наушники;
- вполне возможно ими оснастят и какие-то функции смартфонов;
- например, на всевозможные антенны и передатчики и так далее.
