Ako fungujú lítiové batérie s pevným stavom?

Aj keď sa tradičné lítiové polymérne (LiPo) batérie stali hlavným prúdom, ich bezpečnostné a energetické hustoty sa stali čoraz výraznejšími. Na rozdiel od tradičných lítium-iónových batérií, ktoré sa spoliehajú na tekuté elektrolyty, batérie v pevnom stave prijímajú úplne iný prístup. Očakáva sa, že tento inovatívny dizajn ponúkne vyššiu hustotu energie, väčšiu bezpečnosť a dlhšiu životnosť.

Batérie v pevnom stave sa pohybujú z laboratória do popredia aplikácií. Ako presne teda funguje táto vysoko očakávaná technológia? Ako to zmení budúcnosť bezpilotných lietadiel?

Pracovný proces batérií v tuhom stave je makroskopicky podobný procesu lítium-polymérových batérií, čo stále zahŕňa migráciu lítiových iónov medzi pozitívnymi a negatívnymi elektródami. Metódy implementácie na mikroúrovni však prinášajú svet rozdielu.

Pevné elektrolyty: Zvyčajne sú vyrobené zo špeciálnych tuhých materiálov, ako sú keramika, sulfidy alebo polyméry. Tieto materiály majú extrémne vysokú iónovú vodivosť, čo umožňuje lítium -iónom rýchlo prechádzať a zároveň izolácia elektrónov, čo dokonale kombinuje dve hlavné funkcie vedenia a izolácie.

Elektróda

Inovácia anódy: Jedným z najzaujímavejších potenciálov batérií v tuhom stave je schopnosť priamo používať lítium kov ako anódu. Dôvodom je skutočnosť, že tuhý elektrolyt môže účinne inhibovať rast lítium dendritov a penetrácia dendritov cez separátor je hlavnou príčinou skratov a požiarov v kvapalných batériách.

Pozitívne vylepšenie elektród: Kombináciou vysokorýchlostných a vysokokapacitných pozitívnych elektródových materiálov (ako je vysokokrénový ternárny, mangánsko-lítiový mangán alebo dokonca kladné elektródy na síru), je možné úplne využiť energetický potenciál celého batériového systému.

Pracovný proces

Keď je batéria nabitá alebo vypustená, lítium ióny (LI⁺) sa pohybujú tam a späť medzi pozitívnymi a negatívnymi elektródami pod vplyvom elektrického poľa cez tuhý elektrolyt, ktorý slúži ako pevný „most“. Elektróny (E⁻) prechádzajú vonkajším obvodom, čím tvoria elektrický prúd na poháňanie bezpilotného leteckého vozidla.

Čo môže v konštrukcii batérie v tuhom stave nahradiť elektrolyty tekutín?

V tradičných lítium-iónových batériách slúži kvapalný elektrolyt ako médium na šírenie iónov medzi anódou a katódou počas cyklov nabíjania a vypúšťania. Návrh batérie v pevnom stave však nahrádza túto kvapalinu tuhými materiálmi, ktoré vykonávajú rovnakú funkciu. Tento tuhý elektrolyt môže byť vyrobený z rôznych materiálov vrátane keramiky, polymérov alebo sulfidov.

Výber materiálov solídnych elektrolytov má zásadný význam, pretože priamo ovplyvňuje výkon, bezpečnosť a výrobu batérie.

Polymérne elektrolyty sú vyrobené z organických materiálov a majú sériu rôznych výhod:

1. Flexibilita: Môžu sa prispôsobiť zmenám objemu elektród počas procesu cyklistiky.

2. Ľahké výroba: Polymérne elektrolyty sa môžu spracovať pomocou jednoduchších a nákladovo efektívnejších metód.

3. Vylepšené rozhranie: Zvyčajne tvoria lepšie rozhranie s elektródou, čím sa znižuje odpor.

Jednou z kľúčových výziev v konštrukcii batérie v tuhom stave, bez ohľadu na typ použitého tuhého elektrolytu, je optimalizácia rozhrania medzi elektrolytom a elektródou. Na rozdiel od kvapalných elektrolytov, ktoré sa dajú ľahko prilepiť na povrchy elektród, musia byť pevné elektrolyty starostlivo navrhnuté tak, aby zabezpečili dobrý kontakt a efektívny prenos iónov.

Vedci skúmajú rôzne stratégie na zlepšenie týchto rozhraní vrátane:

1. Povrchový náter: Naneste tenký povlak na elektródu alebo elektrolyt na zvýšenie kompatibility a prenosu iónov.

2. Nanoštruktúrované rozhrania: Vytvorte na rozhraniach nanočasné funkcie, aby sa zvýšila plocha povrchu a zlepšila výmenu iónov.

3. Zostava podporovaná tlakom: Počas procesu zostavy batérie sa používa regulovaný tlak na zabezpečenie dobrého kontaktu medzi komponentmi.

Záver:

Pracovný princíp batérií v tuhom stave nie je iba jednoduchou výmenou materiálu, ale skôr revolúciou paradigmy, ktorá sa presunie z migrácie tekutých iónov na vedenie iónov v tuhom stave. Dodáva energiu bezpečnejšie a efektívnejšie prostredníctvom robustného „mostu iónového mosta v tuhom stave“. V prípade dronov nejde iba o výmenu batérie; Znamená to začiatok úplne novej éry letu.

Zyebattery sa vždy zameriavala na špičkové energetické technológie. Dôrazne sledujeme vývoj technológií novej generácie, ako sú batérie v pevnom stave, a záväzne sa v budúcnosti zaväzujeme poskytovať trhu bezpečnejšie a silnejšie riešenia energie robotov, čím pomáhajú našim zákazníkom lietať vyššie, ďalej a bezpečnejšie.