Solid-state rafhlaða, eða fast-rafhlaða, er í grunninn litíumrafhlaða þar sem vökvinn sem flytur jónir milli rafskauta er skipt út fyrir fast efni.
Í hefðbundinni litíum-jón rafhlöðu í rafbíl eru yfirleitt:
- Bakskaut og forskaut
- Fljótandi raflausn á milli þeirra
- Skilja sem kemur í veg fyrir skammhlaup
- Í solid-state rafhlöðu er raflausnin hins vegar föst, til dæmis úr keramiki, súlfíðum eða sérstökum fjölliðum.
Af hverju skiptir þetta máli?
Helsti ávinningurinn gæti orðið meiri orka í minni og léttari rafhlöðu. Það þýðir að rafbíll gæti annað hvort komist lengra með jafn stóra rafhlöðu eða verið með minni og léttari rafhlöðupakka fyrir sömu drægni.
Solid-state tæknin hefur einnig möguleika á að:
- Minnka eldhættu, þar sem engin eldfim fljótandi raflausn er til staðar
- Taka við meiri hleðslustraumi og þannig stytta hleðslutíma
- Endast fleiri hleðsluhringi
- Þola betur háan hita
- Leyfa notkun á litíum-málmi sem forskauti, sem getur aukið orkuþéttleika verulega
Einföld myndlíking
Hugsaðu þér rafhlöðuna eins og samloku
Núverandi litíumrafhlaða
rafskaut → blautt/fljótandi millilag → rafskaut
Solid-state
rafskaut → fast millilag → rafskaut
Litíumjónirnar þurfa samt að ferðast fram og til baka í gegnum millilagið þegar rafhlaðan hleðst og tæmist.
Hvers vegna eru þá ekki allir rafbílar með þetta nú þegar?
Þarna liggur vandinn. Að láta jónir fara hratt og áreiðanlega í gegnum fast efni er erfiðara en í vökva. Sérstaklega þarf að tryggja mjög góða snertingu milli rafskautanna og fasta raflausnarinnar.
Það hafa einnig verið vandamál með svokallaða dendrita – örsmáar litíumgreinar sem geta vaxið í gegnum rafhlöðuna og valdið skammhlaupi.
Síðan kemur framleiðslan. Það er eitt að búa til frábæra solid-state rafhlöðu á rannsóknarstofu en allt annað að framleiða hundruð þúsunda rafhlöðupakka á viðráðanlegu verði með sömu gæðum.
Ef tæknin stenst væntingar gæti dæmigerður framtíðarrafbíll til dæmis farið úr:
500 km drægni → 700–900 km án þess að rafhlöðupakkinn verði stærri.
Eða bílaframleiðandinn gæti haldið 500 km drægni en gert rafhlöðuna mun minni og léttari. Það gæti raunar verið enn mikilvægara vegna þess að þá lækkar þyngd bílsins, hráefnisnotkun og mögulega verð.
Það er því ekki alveg rétt að hugsa um solid-state sem „nýja tegund rafhlöðu heldur að þetta sé næsta mögulega þróunarstig litíumrafhlaðna.
