Jak fungují lithiové baterie dronů?

Ačkoli se tradiční lithiové polymery (lipo) baterie staly hlavním proudem, jejich úzká místa pro bezpečnost a hustotu energie se staly stále výraznějšími. Na rozdíl od tradičních lithium-iontových baterií, které se spoléhají na tekuté elektrolyty, přijímají baterie v pevném stavu zcela odlišný přístup. Očekává se, že tento inovativní design nabídne vyšší hustotu energie, větší bezpečnost a delší životnost.

Baterie s pevným státem se pohybují z laboratoře do popředí aplikací. Jak přesně tedy tato vysoce očekávaná technologie funguje? Jak to změní budoucnost dronů?

Pracovní proces baterií v pevném stavu je makroskopicky podobný tomu u baterií lithium-polymerů, stále zahrnující migraci lithiových iontů mezi pozitivními a negativními elektrodami. Metody implementace na mikroúrovni však přinášejí svět rozdílů.

Pevné elektrolyty: Obvykle jsou vyrobeny ze speciálních pevných materiálů, jako je keramika, sulfidy nebo polymery. Tyto materiály mají extrémně vysokou iontovou vodivost, což umožňuje rychle procházet lithiové ionty a také izolační elektrony, což dokonale kombinuje dvě hlavní funkce vedení a izolace.

Vysokokapacitní elektroda

Anode Innovation: Jedním z nejzajímavějších potenciálů baterií v pevném stavu je schopnost přímo používat lithiový kov jako anodu. Je to proto, že pevný elektrolyt může účinně inhibovat růst dendritů lithia a pronikání dendritů přes separátor je hlavní příčinou zkratu a požárů v kapalných bateriích.

Pozitivní aktualizace elektrody: Kombinací vysokopěťového a vysokokapacitního pozitivního elektrodového materiálu (jako jsou ternární s vysokým nimkelem, lithium bohaté na manganové elektrody), lze plně využít energetický potenciál celého bateriového systému.

Pracovní proces

Když je baterie nabitá nebo vypouštěna, lithiové ionty (LI⁺) se pohybují tam a zpět mezi pozitivními a negativními elektrodami pod vlivem elektrického pole prostřednictvím pevného elektrolytu, který slouží jako pevný „most“. Elektrony (E⁻) protékají externím obvodu, čímž vytvářejí elektrický proud pro napájení bezpilotního vzdušného vozidla.

Co může v designu baterie v pevném stavu nahradit kapalné elektrolyty?

V tradičních lithium-iontových bateriích slouží tekutý elektrolyt jako médium pro šíření iontů mezi anodou a katodou během cyklů nabíjení a vypouštění. Návrh baterie v pevném stavu však nahrazuje tuto kapalinu pevnými materiály, které plní stejnou funkci. Tento pevný elektrolyt může být vyroben z různých materiálů, včetně keramiky, polymerů nebo sulfidů.

Výběr materiálů pevných elektrolytů má zásadní význam, protože přímo ovlivňuje výkon, bezpečnost a výrobu baterie.

Polymerní elektrolyty jsou vyrobeny z organických materiálů a mají řadu různých výhod:

1. Flexibilita: Během procesu cyklování se mohou přizpůsobit změnám objemu elektrod.

2. Snadné výrobu: Polymerní elektrolyty lze zpracovat pomocí jednodušších a nákladově efektivnějších metod.

3. vylepšené rozhraní: Obvykle tvoří lepší rozhraní s elektrodou, čímž se snižuje odpor.

Jednou z klíčových výzev při návrhu baterie v pevném stavu, bez ohledu na typ použitého pevného elektrolytu, je optimalizace rozhraní mezi elektrolytem a elektrodou. Na rozdíl od kapalných elektrolytů, které lze snadno dodržovat povrchy elektrod, musí být pevné elektrolyty pečlivě navrženy tak, aby zajistily dobrý kontakt a efektivní přenos iontů.

Vědci zkoumají různé strategie pro zlepšení těchto rozhraní, včetně:

1. Povrchový povlak: Naneste tenký povlak na elektrodě nebo elektrolytu, abyste zvýšili kompatibilitu a přenos iontů.

2. Nanostrukturovaná rozhraní: Vytvářejte prvky nanočástic na rozhraních pro zvýšení plochy povrchu a zlepšení výměny iontu.

3. Sestava podporovaná tlakem: Během procesu sestavování baterie se používá kontrolovaný tlak, aby byl zajištěn dobrý kontakt mezi komponenty.

Závěr:

Pracovní princip baterií v pevném stavu není pouze jednoduchá náhrada materiálu, ale spíše paradigmatovou revolucí, která se přesouvá z migrace kapalinových iontů na vedení iontů v pevném stavu. Poskytuje energii bezpečněji a efektivněji prostřednictvím robustního „iontového mostu v pevném stavu“. U dronů to není jen o výměně baterie; Označuje začátek zbrusu nové éry letu.

Zyebattery byla vždy zaměřena na špičkové energetické technologie. Úzce sledujeme vývoj technologií nové generace, jako jsou baterie v pevných státech, a v budoucnu jsme odhodláni poskytnout trhu bezpečnější a výkonnější řešení výkonu dronů, což pomáhá našim zákazníkům létat více, dále a bezpečněji.