Se degradează bateriile cu stare solidă?

Se degradează bateriile cu stare solidă? Da, dar altfel decât v-ați putea aștepta

Fiecare baterie se degradează. Oricine îți vinde o baterie care nu o are nu îți vinde o baterie – îți vinde o poveste. Adevărata întrebare pentru operatorii UAV nu este dacăbaterii cu stare solidăse degradează, dar cum se degradează, cât de repede și dacă acest model de degradare este mai bun sau mai rău pentru operațiunile comerciale decât ceea ce ești obișnuit cu pachetele de polimeri de litiu.

Răspunsurile la toate cele 3 sunt mai utile decât un simplu da sau nu.

Cum se degradează bateriile convenționale LiPo

Pentru a înțelege de ce degradarea stării solide este diferită, vă ajută să cunoașteți mecanismele primare care limitează durata de viață a bateriei LiPo.

Oxidarea electroliților este calea dominantă de degradare pe termen lung în majoritatea celulelor LiPo. Electrolitul organic lichid reacționează lent cu suprafețele electrodului în cicluri repetate de încărcare-descărcare, formând un strat numit interfaza electrolitului solid (SEI). Acest strat crește treptat rezistența internă și consumă litiu care nu mai poate participa la stocarea energiei - reducând capacitatea ciclu cu ciclu.

Placarea cu litiu are loc în timpul încărcării rapide sau la încărcare la temperatură scăzută, când ionii de litiu ajung la anodul de grafit mai repede decât pot fi absorbiți. Depuneri metalice de litiu pe suprafața anodului, reducând capacitatea și crescând riscul scurtcircuitelor interne în timp.

Oboseala structurală a catodului are loc pe măsură ce expansiunea și contracția repetată a materialelor electrodului în timpul ciclării provoacă fisurarea microscopică a particulelor catodului - reducând suprafața disponibilă pentru schimbul de ioni și limitând progresiv capacitatea.

Toate aceste 3 mecanisme se compun. Un pachet LiPo la 400 de cicluri nu este doar mai vechi, ci este daune acumulate din toate cele 3 căi simultan.

CumBaterii cu stare solidăDegradează diferit

Îndepărtarea electrolitului lichid modifică mecanismele de degradare active și cât de repede progresează.

Oxidarea electroliților este redusă dramatic. Electroliții solizi nu reacționează cu suprafețele electrozilor la fel cum fac electroliții lichizi. Formația SEI care consumă capacitatea de litiu în celulele LiPo fie nu se formează, fie se formează mult mai lent în celulele în stare solidă. Acesta este motivul principal pentru care bateriile cu stare solidă demonstrează o reținere mai bună a capacității pe mai multe cicluri - nu pierd litiu din cauza creșterii SEI în același ritm.

Dinamica placării cu litiu se schimbă. În celulele în stare solidă, folosind anozi metalici de litiu, plăci și benzi de litiu în mod inerent ca parte a funcționării normale. Electrolitul solid oferă o barieră fizică împotriva pătrunderii dendritei pe care electroliții lichizi nu o pot - ceea ce permite teoretic o încărcare mai rapidă, fără același risc de degradare legat de placare, care limitează ratele de încărcare LiPo.

Apare un nou mecanism de degradare: delaminarea interfeței. Aceasta este provocarea specifică chimiei în stare solidă. Pe măsură ce electrozii se extind și se contractă în timpul ciclării, electrolitul solid nu curge pentru a menține contactul așa cum o face un electrolit lichid. Se pot dezvolta goluri microscopice între suprafețele electrodului și electrolitului - crescând rezistența și reducând eficiența transferului de ioni. În cazul bateriilor UAV cu stare solidă din generația actuală, această gestionare a interfeței este una dintre provocările principale de inginerie care afectează durata de viață.

Ce înseamnă acest lucru pentru operatorii UAV în practică

Efectul net al acestor diferite mecanisme de degradare:baterii cu stare solidă în aplicații comerciale pentru UAVîn mod obișnuit, demonstrează o decolorare a capacității mai lentă pe ciclu decât pachetele LiPo echivalente - 600 până la 900 de cicluri la 80% reținere a capacității față de 300 până la 500 pentru LiPo în condiții comparabile.

Dar degradarea nu este invizibilă sau nulă. Pachetele cu stare solidă își pierd capacitatea în timp. Rata este mai lentă, mecanismele sunt diferite și comportamentul la sfârșitul vieții este în general mai previzibil – dar operatorii care planifică programe de înlocuire trebuie să țină seama de degradare, mai degrabă decât să presupună că pachetele cu stare solidă funcționează pentru totdeauna.

Curba de degradare mai previzibilă a bateriilor cu stare solidă este de fapt utilă pentru gestionarea flotei. Decolorarea capacității în celulele în stare solidă tinde să fie mai liniară și mai puțin predispusă la scăderile bruște pe care pachetele LiPo îmbătrânite le prezintă uneori atunci când daunele SEI acumulate atinge un prag. Această liniaritate face timpul de înlocuire mai ușor de planificat.

Documentația de degradare a lui ZYBATERY

ZYBATERYfurnizează date de viață ciclului și de reținere a capacității pentru bateriile UAV cu litiu-ion și polimer de litiu de înaltă performanță, bazate pe teste reale de funcționare - nu doar idealuri de laborator. Pentru operatorii care construiesc bugete de înlocuire și programe de gestionare a flotei, cunoașterea curbei reale de degradare contează la fel de mult ca și cunoașterea performanței de pornire.

Bateriile cu stare solidă se degradează. O fac doar mai lent, mai previzibil și din motive diferite decât pachetele LiPo pe care majoritatea operatorilor sunt obișnuiți să le înlocuiască.