Jak działa bateria półprzewodnikowa?

Jak działa ABateria półprzewodnikowaPraca? Proste wyjaśnienie dla operatorów UAV

Zrozumienie, jak abateria półprzewodnikowaprace nie wymagają dyplomu chemii. Wymaga zrozumienia 1 kluczowej różnicy w stosunku do akumulatorów, które już znasz, a następnie podążania za logiką tego, co ta różnica zmienia.

Oto najjaśniejsze wyjaśnienie działania baterii półprzewodnikowej, napisane z myślą o ludziach latających dronami, a nie o ludziach, którzy je budują.

Zacznij od tego, co robi każda bateria

Każda bateria — bateria telefonu,bateria drona, akumulator samochodowy – wykonuje tę samą podstawową pracę. Magazynuje energię chemiczną i na żądanie przekształca ją w energię elektryczną.

Wewnątrz każdej baterii litowej znajdują się 3 podstawowe elementy: elektroda dodatnia zwana katodą, elektroda ujemna zwana anodą i środkowa warstwa zwana elektrolitem, która znajduje się pomiędzy nimi. Podczas ładowania jony litu przemieszczają się z katody, przez elektrolit i do anody, gromadząc w tym układzie energię. Podczas rozładowywania jony poruszają się z powrotem w przeciwnym kierunku, a energia uwolniona w tym ruchu napędza silniki drona.

Zadanie elektrolitu jest specyficzne: przepuszczać jony litu, ale blokować elektrony. Elektrony muszą podróżować przez obwód zewnętrzny – przez sterowniki silnika, silniki i elektronikę lotu – w ten sposób wykonują pożyteczną pracę. Gdyby elektrony mogły bezpośrednio przejść przez elektrolit, w akumulatorze natychmiast doszłoby do zwarcia.

Co wyróżnia Solid State

W konwencjonalnych akumulatorach litowo-polimerowych elektrolit ma postać cieczy lub żelu, a konkretnie rozpuszczalnika organicznego zawierającego rozpuszczone sole litu. To działa dobrze. Jest również łatwopalny, wrażliwy na temperaturę i z czasem ulega degradacji w wyniku reakcji chemicznych z powierzchniami elektrod.

Bateria półprzewodnikowa zastępuje tę ciecz materiałem stałym. Elektrolit stały nadal spełnia dokładnie tę samą funkcję — przepuszcza jony litu, blokując jednocześnie elektrony — ale robi to poprzez zasadniczo inny mechanizm fizyczny.

Zamiast jonów dryfować przez ciecz, przemieszczają się one przez krystaliczną lub amorficzną strukturę stałą, przeskakując pomiędzy miejscami przewodzącymi jony w materiale. W zależności od składu chemicznego elektrolitu tymi stałymi materiałami mogą być materiały ceramiczne (takie jak LLZO — tlenek litowo-lantanowo-cyrkonowy), polimery lub związki siarczkowe. Każdy z nich ma inną przewodność jonową, wydajność temperaturową i charakterystykę produkcyjną.

Co zmienia się w wydajności

Ponieważ elektrolit jest teraz stały, kilka rzeczy zmienia się jednocześnie:

Zagrożenie pożarowe znacznie spada. Nie ma rozpuszczalnika organicznego, który sprawia, że ​​ciekłe elektrolity stają się łatwopalne. Nie ma nic, co mogłoby się zapalić w sekwencji niekontrolowanej temperatury, która powoduje pożar baterii litowej. Uszkodzone mechanicznie ogniwo półprzewodnikowe zamiast stwarzać zagrożenie pożarowe, traci funkcję.

Ogniwo może pomieścić anodę litowo-metalową. W akumulatorach ciekło-elektrolitowych anody litowo-metalowe powodują wzrost dendrytów — metalicznych włókien, które ostatecznie powodują zwarcie ogniwa. Elektrolity stałe są wystarczająco gęste, aby fizycznie blokować penetrację dendrytów, dzięki czemu anody litowo-metalowe są opłacalne. Litowo-metalowy magazynuje około 10 razy więcej energii na gram niż anody grafitowe stosowane w konwencjonalnych akumulatorach, co jest źródłem korzyści w zakresie gęstości energii w akumulatorach półprzewodnikowych.

Degradacja spowalnia. Ciekłe elektrolity reagują stopniowo z powierzchnią elektrod przez setki cykli ładowania, tworząc warstwy, które zwiększają rezystancję wewnętrzną i zmniejszają pojemność. Elektrolity stałe są bardziej stabilne chemicznie i wolniej reagują z materiałami elektrod. Dzięki tej stabilności akumulatory półprzewodnikowe charakteryzują się dłuższą żywotnością w porównywalnych warunkach pracy.

Co się nie zmieniło

Podstawowa operacja — przemieszczanie się jonów litu tam i z powrotem między katodą a anodą w elektrolicie — jest identyczna jak w przypadku każdej baterii litowej, której używałeś wcześniej. Zakres napięć jest podobny. Proces ładowania i rozładowywania przebiega według tych samych zasad. Bateria nadal potrzebuje systemu zarządzania baterią, który monitoruje napięcia ogniw, zarządza równoważeniem i chroni przed nadużyciami.

Półprzewodnikowy nie jest innym rodzajem magazynowania energii. Jest tego samego typu, z jednym składnikiem — elektrolitem — przeprojektowanym w sposób usuwający najważniejsze ograniczenia chemiczne konwencjonalnych akumulatorów litowych.

Baterie półprzewodnikowe UAV firmy ZYBATERIA

ZYBATERIAopracowuje półprzewodnikowe akumulatory litowo-jonowe i wysokowydajne akumulatory litowo-polimerowe do UAV do komercyjnych zastosowań w dronach. Zrozumienie działania tej technologii jest punktem wyjścia do zrozumienia różnic w charakterystyce wydajności i podejmowania decyzji dotyczących akumulatorów w oparciu o rzeczywiste zrozumienie, a nie same numery z arkuszy danych technicznych.