Jak działają baterie litowe w stanie dronów?

Chociaż tradycyjne akumulatory litowe (LIPO) stały się głównym nurtem, ich wąskie gardła bezpieczeństwa i gęstości energii stają się coraz bardziej widoczne. W przeciwieństwie do tradycyjnych akumulatorów litowo-jonowych, które opierają się na ciekłych elektrolitach, akumulatory solidne przyjmują zupełnie inne podejście. Oczekuje się, że ten innowacyjny projekt zapewni większą gęstość energii, większe bezpieczeństwo i dłuższą żywotność.

Akumulatory w stanie stałym przechodzą z laboratorium na cześć aplikacji. Jak dokładnie działa ta bardzo oczekiwana technologia? Jak to zmieni przyszłość dronów?

Proces roboczy akumulatorów stałych jest makroskopowo podobny do akumulatorów litowo-polimerowych, nadal obejmuje migrację jonów litowych między elektrodami dodatnimi i ujemnymi. Jednak metody wdrażania na poziomie mikro powodują świat różnic.

Stałe elektrolity: Zazwyczaj są wykonane ze specjalnych materiałów stałych, takich jak ceramika, siarczki lub polimery. Materiały te mają wyjątkowo wysoką przewodność jonową, umożliwiając szybkie przechodzenie jonów litowych, jednocześnie izolując elektrony, doskonale łącząc dwie główne funkcje przewodzenia i izolacji.

Elektroda o dużej pojemności

Innowacje anodowe: Jednym z najbardziej ekscytujących potencjałów baterii w stanie stałym jest możliwość bezpośredniego wykorzystywania litowego metalu jako anody. Wynika to z faktu, że stały elektrolit może skutecznie hamować wzrost dendrytów litowych, a penetracja dendrytów przez separator jest główną przyczyną krótkich obwodów i pożarów w ciekłych akumulatorach.

Ulepszenie elektrody dodatniej: Łącząc materiały elektrodowe o wysokim napięciu i o dużej pojemności (takie jak wysokowydajne trójskładnikowe, bogate w lit mangan, a nawet elektrody dodatnie siarki), potencjał energii całego systemu akumulatora można w pełni wykorzystać.

Proces pracy

Gdy akumulator jest naładowany lub rozładowywany, jony litowe (Li⁺) poruszają się między elektrodami dodatnimi i ujemnymi pod wpływem pola elektrycznego przez stały elektrolit, który służy jako solidny „most”. Elektrony (E⁻) przepływają przez obwód zewnętrzny, tworząc w ten sposób prąd elektryczny w celu zasilania bezzałogowego pojazdu powietrznego.

W konstrukcji baterii w stanie stałym, co może zastąpić ciekłe elektrolity?

W tradycyjnych akumulatorach litowo-jonowych ciekły elektrolit służy jako medium do propagacji jonów między anodą a katodą podczas cykli ładowania i rozładowywania. Jednak konstrukcja baterii w stanie stałym zastępuje tę ciecz materiałów stałych, które wykonują tę samą funkcję. Ten stały elektrolit może być wykonany z różnych materiałów, w tym ceramiki, polimerów lub siarczków.

Wybór stałych materiałów elektrolitowych ma istotne znaczenie, ponieważ bezpośrednio wpływa na wydajność, bezpieczeństwo i produkcję baterii.

Elektrolity polimerowe są wykonane z materiałów organicznych i mają szereg różnych zalet:

1. Elastyczność: Mogą dostosować się do zmian objętości elektrod podczas procesu rowerowego.

2. Łatwe do produkcji: Elektrolity polimerowe można przetwarzać przy użyciu prostszych i bardziej opłacalnych metod.

3. Ulepszony interfejs: Zwykle tworzą lepszy interfejs z elektrodą, zmniejszając w ten sposób rezystancję.

Jednym z kluczowych wyzwań w projektowaniu baterii w stanie stałym, niezależnie od rodzaju zastosowanego stałego elektrolitu, jest optymalizacja interfejsu między elektrolitem a elektrodą. W przeciwieństwie do ciekłych elektrolitów, które są łatwe do przestrzegania powierzchni elektrody, stałe elektrolity muszą być starannie zaprojektowane, aby zapewnić dobry kontakt i wydajne transfer jonów.

Naukowcy badają różne strategie ulepszania tych interfejsów, w tym:

1. Powłoka powierzchniowa: Nałóż cienką powłokę na elektrodę lub elektrolit, aby zwiększyć kompatybilność i przenoszenie jonów.

2. Nanostrukturalne interfejsy: Twórz cechy nanoskali na interfejsach, aby zwiększyć powierzchnię i poprawić wymianę jonów.

3. Zespół wspomagany ciśnieniem: Kontrolowane ciśnienie jest używane podczas procesu montażu akumulatora, aby zapewnić dobry kontakt między komponentami.

Wniosek:

Zasada pracy baterii w stanie stałym jest nie tylko prostym zamiennikiem materiału, ale raczej rewolucją paradygmatu, która przesuwa się z migracji jonów cieczy do przewodnictwa jonów w stanie stałym. Dostarcza energię bezpieczniej i wydajnie poprzez solidny „most jonowy w stanie stałym”. W przypadku dronów nie chodzi tylko o wymianę baterii; To początek nowej ery lotu.

Zyebatery zawsze koncentrowała się na najnowocześniejszych technologiach energetycznych. Ściśle przestrzegamy opracowywania technologii nowej generacji, takich jak baterie w stanie stałym, i jesteśmy zaangażowani w zapewnianie rynku bezpieczniejsze i silniejsze rozwiązania energetyki dronów w przyszłości, pomagając naszym klientom latać wyżej, dalej i bardziej bezpiecznie.