Cum funcționează o baterie cu stare solidă?

Cum face aBaterie cu stare solidăLucru? O explicație simplă pentru operatorii UAV

Înțelegerea modului în care abaterie cu stare solidălucrările nu necesită o diplomă de chimie. Este nevoie să înțelegeți o diferență cheie față de bateriile cu care sunteți deja familiarizat - și apoi să urmați logica a ceea ce se schimbă acea diferență.

Iată cea mai clară explicație a funcționării bateriei cu stare solidă, scrisă pentru cei care zboară cu drone, mai degrabă decât pentru cei care le construiesc.

Începeți cu ceea ce face fiecare baterie

Fiecare baterie - bateria telefonului,bateria dronei, baterie de mașină — face aceeași treabă de bază. Stochează energie chimică și o transformă în energie electrică la cerere.

În interiorul fiecărei baterii cu litiu sunt 3 componente esențiale: un electrod pozitiv numit catod, un electrod negativ numit anod și un strat mijlociu numit electrolit care se află între ele. În timpul încărcării, ionii de litiu se deplasează de la catod, prin electrolit și în anod - stochând energia în acel aranjament. În timpul descărcării, acești ioni se deplasează înapoi în direcția opusă, iar energia eliberată în acea mișcare alimentează motoarele dronei.

Funcția electrolitului este specifică: lăsați ionii de litiu să treacă, dar blocați electronii. Electronii trebuie să călătorească prin circuitul extern - prin controlerele motoarelor, motoarelor și electronicii de zbor - așa cum fac ei o muncă utilă. Dacă electronii ar putea traversa electrolitul direct, bateria ar scurtcircuita imediat.

Ce face ca starea solidă să fie diferită

În bateriile convenționale cu polimer de litiu, electrolitul este un lichid sau un gel - în special, un solvent organic care conține săruri de litiu dizolvate. Funcționează bine. De asemenea, este inflamabil, sensibil la temperatură și se degradează în timp prin reacții chimice cu suprafețele electrozilor.

O baterie cu stare solidă înlocuiește acel lichid cu un material solid. Electrolitul solid face în continuare exact aceeași treabă - lăsând ionii de litiu să treacă în timp ce blochează electronii - dar o face printr-un mecanism fizic fundamental diferit.

În loc ca ionii să treacă prin lichid, ei se deplasează printr-o structură solidă cristalină sau amorfă, sărind între locurile conductoare de ioni din material. În funcție de chimia electroliților, acele materiale solide pot fi ceramice (cum ar fi LLZO - oxid de litiu lantan și zirconiu), polimeri sau compuși sulfuri. Fiecare are conductivitate ionică, performanță la temperatură și caracteristici de fabricație diferite.

Ce se schimbă la performanță

Deoarece electrolitul este acum solid, mai multe lucruri se schimbă simultan:

Riscul de incendiu scade semnificativ. Solventul organic care face electroliții lichizi inflamabili nu este prezent. Nu există nimic care să se aprindă în secvența de fugă termică care provoacă incendii de baterii cu litiu. O celulă cu stare solidă deteriorată mecanic își pierde funcția în loc să devină un pericol de incendiu.

Celula poate găzdui un anod metalic de litiu. În bateriile cu electroliți lichidi, anozii cu litiu metalic provoacă creșterea dendritelor - filamente metalice care în cele din urmă scurtcircuita celula. Electroliții solizi sunt suficient de denși pentru a bloca fizic pătrunderea dendritei, făcând viabili anozii de litiu metalic. Litiu-metal stochează de aproximativ 10 ori mai multă energie pe gram decât anozii de grafit utilizați în bateriile convenționale - care este sursa avantajelor densității energiei bateriei cu stare solidă.

Degradarea încetinește. Electroliții lichizi reacționează treptat cu suprafețele electrozilor pe parcursul a sute de cicluri de încărcare, formând straturi care cresc rezistența internă și reduc capacitatea. Electroliții solizi sunt mai stabili din punct de vedere chimic, reacționând mai lent cu materialele electrozilor. Această stabilitate este motivul pentru care bateriile cu stare solidă demonstrează o durată de viață mai lungă în condiții de funcționare comparabile.

Ce nu s-a schimbat

Operația fundamentală - ionii de litiu care se mișcă înainte și înapoi între catod și anod printr-un electrolit - este identică cu fiecare baterie cu litiu pe care ați folosit-o înainte. Gama de tensiune este similară. Procesul de încărcare și descărcare urmează aceleași principii. Bateria mai are nevoie de un sistem de gestionare a bateriei pentru a monitoriza tensiunile celulelor, pentru a gestiona echilibrarea și pentru a proteja împotriva condițiilor de abuz.

Starea solidă nu este un tip diferit de stocare a energiei. Este de același tip, cu 1 componentă - electrolitul - reproiectat într-un mod care înlătură cele mai semnificative limitări ale chimiei convenționale a bateriilor cu litiu.

Bateriile UAV cu stare solidă de la ZYBATERY

ZYBATERYdezvoltă baterii UAV cu litiu-ion și polimer de litiu de înaltă performanță pentru aplicații comerciale de drone. Înțelegerea modului în care funcționează tehnologia este punctul de plecare pentru înțelegerea de ce diferă caracteristicile de performanță - și pentru luarea deciziilor legate de baterie bazate pe înțelegerea reală, mai degrabă decât pe numerele fișelor de specificații.