Používá solid state baterie lithium?

Má aSolid State BateriePoužívat lithium? 

Ano – ale ne stejným způsobem

Ano,solid state bateriepoužívat lithium. Ta část je přímočará. Co je zajímavější – a užitečnější pro každého, kdo se snaží pochopit, proč se baterie v pevné fázi chovají jinak než ty konvenční – je to, jak se používá lithium a co se změní, když přejdete z konstrukce s kapalným elektrolytem na pevnou.

Rozdíl není jen v technických detailech. Vysvětluje tvrzení o výkonu, která vidíte v marketingu polovodičových baterií, a pomáhá vám vyhodnotit, zda se tato tvrzení vztahují na konkrétní baterii, kterou zvažujete.

Role lithia v jakékoli baterii

V každé lithiové baterii – pevné nebo konvenční – je lithium pracovním iontem. Během nabíjení lithiové ionty opouštějí katodu (kladná elektroda), procházejí elektrolytem a ukládají se v anodě (záporná elektroda). Během vybíjení se tento proces obrátí: ionty lithia se pohybují z anody zpět přes elektrolyt ke katodě a energie uvolněná při tomto pohybu pohání dron.

Úkolem elektrolytu je jednoduše nechat procházet lithiové ionty a zároveň blokovat elektrony – které jsou místo toho nuceny cestovat vnějším obvodem a pohánět motory. Ať už je tento elektrolyt kapalný nebo pevný, lithium dělá stejnou základní práci.

Co se mění, je to, kde je lithium uloženo v anodě a jak efektivně k tomuto ukládání dochází.

Jak konvenční baterie uchovávají lithium na anodě

Ve standardních lithium-polymerových bateriích je anoda vyrobena z grafitu. Lithiové ionty se nehromadí pouze na grafitu – interkalují, což znamená, že proklouzávají mezi vrstvami atomů uhlíku ve struktuře grafitu. Každá grafitová jednotka může obsahovat pouze pevný počet iontů lithia, určený její krystalovou geometrií.

Tento interkalační mechanismus je stabilní a dobře srozumitelný, ale nastavuje pevný strop, kolik lithia může grafitová anoda uložit na gram materiálu. Tento strop je součástí toho, co omezuje hustotu energie konvenčních LiPo baterií na zhruba 200 až 260 Wh/kg na úrovni balení – bez ohledu na to, jak dobrý je zbytek designu.

Jak mohou polovodičové baterie používat lithium jinak

Zde vytváří solid state design smysluplnou výkonnostní příležitost.

Vzhledem k tomu, že pevné elektrolyty mohou fyzicky blokovat pronikání dendritů - kovových vláken, která činí lithiové kovové anody nebezpečnými v bateriích s tekutým elektrolytem - baterie v pevné fázi mohou nahradit grafitové anody čistým lithiovým kovem.

Lithium kov se neinterkaluje. Během nabíjení a vybíjení se plátuje a odizoluje přímo jako kov. A kov lithia ukládá přibližně 10krát více iontů lithia na gram než grafit.

Výsledek: polovodičová baterie s lithiovou kovovou anodou nedosahuje stejného stropu hustoty energie jako konstrukce s grafitovou anodou. Toto je architektura, která stojí za údaji o hustotě energie na úrovni balení 350 až 400+ Wh/kg, které jsou spojeny s pokročilými bateriemi v pevné fázi – čísla, kterých nelze dosáhnout pomocí grafitových anod bez ohledu na typ elektrolytu.

Proč na tomto rozdílu záleží při hodnocení produktů

Ne všechny polovodičové baterie používají lithiové kovové anody. Konstrukce v pevné fázi první generace často zachovávají grafitové anody a nahrazují pouze elektrolyt. Tyto baterie poskytují lepší bezpečnost a životnost ve srovnání s LiPo – skutečné výhody – ale jejich energetická hustota je podobná běžným lithium-iontovým bateriím, není dramaticky vyšší.

Když vidíte polovodičovou baterii s výkonem 350+ Wh/kg, za tímto číslem je lithiová kovová anoda. Když vidíte jeden, který uvádí 210 až 240 Wh/kg, téměř jistě používá grafit – elektrolyt se změnil, ale anoda ne.

Pro operátory UAV, kteří si vybírají mezi polovodičovými možnostmi, se dotazují: „Používá tato baterie lithiovou kovovou anodu nebo grafit?“ okamžitě vám řekne, zda jsou požadavky na hustotu energie založeny na plné výhodě pevného skupenství nebo pouze na substituci elektrolytem.

Dokumentace architektury anody společnosti ZYEBATTERY

ZYEBATTERYposkytuje specifikace anodové architektury pro polovodičové lithium-iontové a vysoce výkonné lithium-polymerové UAV baterie – protože znalost, zda je na anodě lithiový kov nebo grafit, určuje, zda čísla hustoty energie na technickém listu pocházejí z plně polovodičového designu nebo hybridního přístupu.

Pevné bateriepoužívat lithium. Užitečnější otázkou je kde a jak – a tato otázka má konkrétní, dokumentovatelnou odpověď.