Znehodnocujú sa polovodičové batérie?

Rozkladajú sa polovodičové batérie? Áno – ale inak, ako by ste mohli očakávať

Každá batéria sa degraduje. Každý, kto vám predáva batériu, ktorá nie, vám nepredáva batériu – predáva vám príbeh. Skutočná otázka pre operátorov UAV nie je, čipevné batériedegradujú, ale ako sa degradujú, ako rýchlo a či je tento model degradácie lepší alebo horší pre komerčné operácie, než na aký ste zvyknutí pri lítiových polymérových baleniach.

Odpovede na všetky 3 sú užitočnejšie ako jednoduché áno alebo nie.

Ako sa degradujú bežné LiPo batérie

Aby ste pochopili, prečo je degradácia v pevnom stave odlišná, pomôže vám poznať primárne mechanizmy, ktoré obmedzujú životnosť LiPo batérie.

Oxidácia elektrolytov je dominantná dlhodobá degradačná dráha vo väčšine LiPo článkov. Kvapalný organický elektrolyt pomaly reaguje s povrchmi elektród počas opakovaných cyklov nabíjania a vybíjania a vytvára vrstvu nazývanú interfáza pevného elektrolytu (SEI). Táto vrstva postupne zvyšuje vnútorný odpor a spotrebováva lítium, ktoré sa už nemôže podieľať na ukladaní energie – znižuje kapacitu cyklus po cykle.

K pokovovaniu lítiom dochádza počas rýchleho nabíjania alebo nabíjania pri nízkej teplote, keď lítiové ióny dorazia na grafitovú anódu rýchlejšie, ako sa stihnú absorbovať. Kovové lítium sa usadzuje na povrchu anódy, čím sa znižuje kapacita a časom sa zvyšuje riziko vnútorných skratov.

Štrukturálna únava katódy nastáva, keď opakovaná expanzia a kontrakcia materiálov elektród počas cyklovania spôsobuje mikroskopické praskanie v časticiach katódy – znižuje povrchovú plochu dostupnú pre iónovú výmenu a postupne obmedzuje kapacitu.

Všetky 3 tieto mechanizmy sa spájajú. LiPo balenie so 400 cyklami nie je len staršie – je to nahromadené poškodenie zo všetkých 3 ciest súčasne.

AkoPevné batérieDegradovať inak

Odstránenie tekutého elektrolytu mení, ktoré degradačné mechanizmy sú aktívne a ako rýchlo postupujú.

Oxidácia elektrolytov je výrazne znížená. Pevné elektrolyty nereagujú s povrchmi elektród rovnako ako kvapalné elektrolyty. Tvorba SEI, ktorá spotrebováva kapacitu lítia v LiPo článkoch, sa buď netvorí, alebo sa tvorí oveľa pomalšie v článkoch v tuhom stave. Toto je hlavný dôvod, prečo batérie v pevnej fáze vykazujú lepšie uchovanie kapacity počas viacerých cyklov – nestrácajú lítium na rast SEI rovnakou rýchlosťou.

Dynamika pokovovania lítiom sa mení. V pevných článkoch s použitím lítiových kovových anód, lítiových platní a pásikov ako súčasť bežnej prevádzky. Pevný elektrolyt poskytuje fyzickú bariéru proti prenikaniu dendritov, ktorú tekuté elektrolyty nedokážu – čo teoreticky umožňuje rýchlejšie nabíjanie bez rovnakého rizika degradácie súvisiaceho s pokovovaním, ktoré obmedzuje rýchlosť nabíjania LiPo.

Objavuje sa nový mechanizmus degradácie: delaminácia rozhrania. Toto je výzva špecifická pre chémiu v tuhom stave. Keď sa elektródy počas cyklovania rozťahujú a zmršťujú, tuhý elektrolyt netečie, aby udržal kontakt tak, ako to robí tekutý elektrolyt. Medzi elektródami a povrchmi elektrolytu sa môžu vytvoriť mikroskopické medzery – zvyšujúce odpor a znižujúcu účinnosť prenosu iónov. V polovodičových UAV batériách súčasnej generácie je toto riadenie rozhrania jednou z hlavných technických výziev ovplyvňujúcich životnosť cyklu.

Čo to znamená pre operátorov UAV v praxi

Čistý účinok týchto rôznych degradačných mechanizmov:polovodičové batérie v komerčných aplikáciách UAVtypicky vykazujú pomalšie miznutie kapacity na cyklus ako ekvivalentné LiPo batérie – 600 až 900 cyklov pri 80 % zachovaní kapacity oproti 300 až 500 pre LiPo za porovnateľných podmienok.

Ale degradácia nie je neviditeľná alebo nulová. Pevné batérie časom strácajú kapacitu. Rýchlosť je pomalšia, mechanizmy sú odlišné a správanie na konci životnosti je vo všeobecnosti predvídateľnejšie – ale operátori plánujúci plány výmeny stále musia počítať s degradáciou, a nie predpokladať, že polovodičové balíčky budú fungovať navždy.

Predvídateľnejšia krivka degradácie polovodičových batérií je skutočne užitočná pre správu vozového parku. Miznutie kapacity v bunkách v tuhom stave má tendenciu byť lineárnejšie a menej náchylné na náhle poklesy, ktoré niekedy vykazujú starnúce LiPo balíčky, keď akumulované poškodenie SEI dosiahne prah. Táto linearita uľahčuje plánovanie načasovania výmeny.

Dokumentácia degradácie ZYEBATTERY

ZYEBATTERYposkytuje údaje o životnosti cyklu a zachovaní kapacity pre pevné lítium-iónové a vysokovýkonné lítium-polymérové ​​UAV batérie založené na testovaní skutočných prevádzkových podmienok – nielen na laboratórnych ideáloch. Pre operátorov, ktorí zostavujú rozpočty na výmenu a plány riadenia vozového parku, je znalosť skutočnej krivky degradácie dôležitá rovnako ako znalosť počiatočného výkonu.

Pevné batérie sa degradujú. Robia to pomalšie, predvídateľnejšie a z iných dôvodov ako LiPo balíčky, na ktoré je väčšina operátorov zvyknutá.