Jak funguje solid state baterie?

Jak se aSolid State BateriePráce? Jednoduché vysvětlení pro operátory UAV

Pochopení toho, jak asolid state bateriepráce nevyžaduje vzdělání z chemie. Vyžaduje to pochopení 1 klíčového rozdílu od baterií, které již znáte – a poté následování logiky toho, co tento rozdíl mění.

Zde je nejjasnější vysvětlení provozu na pevné baterie, napsané pro lidi, kteří létají s drony, spíše než pro lidi, kteří je staví.

Začněte tím, co dělá každá baterie

Každá baterie – baterie telefonu,baterie dronu, autobaterie — dělá stejnou základní práci. Uchovává chemickou energii a podle potřeby ji přeměňuje na elektrickou energii.

Uvnitř každé lithiové baterie jsou 3 základní součásti: kladná elektroda zvaná katoda, záporná elektroda zvaná anoda a střední vrstva zvaná elektrolyt, která sedí mezi nimi. Během nabíjení se ionty lithia pohybují z katody, přes elektrolyt a do anody – a v tomto uspořádání ukládají energii. Během vybíjení se tyto ionty pohybují zpět v opačném směru a energie uvolněná při tomto pohybu pohání motory dronu.

Úloha elektrolytu je specifická: nechat projít ionty lithia, ale blokovat elektrony. Elektrony musí cestovat vnějším obvodem – přes ovladače motoru, motory a letovou elektroniku – což je způsob, jakým vykonávají užitečnou práci. Pokud by elektrony mohly procházet elektrolytem přímo, baterie by okamžitě zkratovala.

Čím se Solid State liší

V konvenčních lithium-polymerových bateriích je elektrolytem kapalina nebo gel – konkrétně organické rozpouštědlo obsahující rozpuštěné soli lithia. Funguje to dobře. Je také hořlavý, citlivý na teplotu a v průběhu času se degraduje chemickými reakcemi s povrchy elektrod.

Pevná baterie nahradí tuto kapalinu pevným materiálem. Pevný elektrolyt stále dělá přesně stejnou práci – nechává procházet lithiové ionty a blokuje elektrony – ale dělá to zásadně odlišným fyzikálním mechanismem.

Místo aby ionty unášely kapalinou, pohybují se krystalickou nebo amorfní pevnou strukturou a přeskakují mezi iontově vodivými místy v materiálu. V závislosti na chemii elektrolytu mohou být těmito pevnými materiály keramika (jako LLZO - lithium lanthan zirkonium oxid), polymery nebo sulfidové sloučeniny. Každý má jinou iontovou vodivost, teplotní výkon a výrobní charakteristiky.

Co se změní na výkonu

Protože je elektrolyt nyní pevný, mění se několik věcí současně:

Riziko požáru výrazně klesá. Organické rozpouštědlo, které činí kapalné elektrolyty hořlavé, není přítomno. V sekvenci tepelného úniku, která způsobí požár lithiové baterie, se nic nezapálí. Mechanicky poškozená buňka v pevné fázi spíše ztrácí funkci, než aby se stala nebezpečím požáru.

Článek může obsahovat lithiovou kovovou anodu. V bateriích s tekutým elektrolytem způsobují lithiové kovové anody růst dendritů - kovových vláken, která nakonec zkratují článek. Pevné elektrolyty jsou dostatečně husté, aby fyzicky blokovaly pronikání dendritů, takže lithiové kovové anody jsou životaschopné. Lithium metal ukládá zhruba 10krát více energie na gram než grafitové anody používané v konvenčních bateriích – což je zdrojem výhod hustoty energie baterií v pevné fázi.

Degradace se zpomaluje. Kapalné elektrolyty postupně reagují s povrchy elektrod během stovek nabíjecích cyklů a vytvářejí vrstvy, které zvyšují vnitřní odpor a snižují kapacitu. Pevné elektrolyty jsou chemicky stabilnější a reagují pomaleji s materiály elektrod. Tato stabilita je důvodem, proč polovodičové baterie vykazují delší životnost cyklu za srovnatelných provozních podmínek.

Co se nezměnilo

Základní operace – lithiové ionty pohybující se tam a zpět mezi katodou a anodou prostřednictvím elektrolytu – je identická s každou lithiovou baterií, kterou jste dříve používali. Rozsah napětí je podobný. Proces nabíjení a vybíjení se řídí stejnými principy. Baterie stále potřebuje systém správy baterie pro monitorování napětí článků, správu vyvážení a ochranu před podmínkami zneužití.

Solid state není jiný typ úložiště energie. Je to stejný typ, s 1 složkou – elektrolytem – přepracovaným způsobem, který odstraňuje nejvýznamnější omezení běžné chemie lithiových baterií.

Solid State UAV baterie ZYEBATTERY

ZYEBATTERYvyvíjí lithium-iontové a vysoce výkonné lithium-polymerové UAV baterie pro komerční aplikace dronů. Pochopení toho, jak tato technologie funguje, je výchozím bodem pro pochopení toho, proč se výkonnostní charakteristiky liší – a pro rozhodování o bateriích na základě skutečného porozumění spíše než samotných čísel technických údajů.