Ako funguje polovodičová batéria?

Ako robí aPevná batériaPráca? Jednoduché vysvetlenie pre operátorov UAV

Pochopenie, ako apevná batériapráce si nevyžadujú vzdelanie z chémie. Vyžaduje si to pochopenie 1 kľúčového rozdielu oproti batériám, ktoré už poznáte – a potom sa riadiť logikou toho, čo tento rozdiel mení.

Tu je najjasnejšie vysvetlenie fungovania batérie v pevnej fáze, napísané pre ľudí, ktorí lietajú s dronmi, a nie pre ľudí, ktorí ich vyrábajú.

Začnite tým, čo robí každá batéria

Každá batéria – batéria telefónu,batéria dronu, autobatéria — robí rovnakú základnú prácu. Uchováva chemickú energiu a podľa potreby ju premieňa na elektrickú energiu.

Vo vnútri každej lítiovej batérie sú 3 základné komponenty: kladná elektróda nazývaná katóda, záporná elektróda nazývaná anóda a stredná vrstva nazývaná elektrolyt, ktorá je medzi nimi. Počas nabíjania sa lítiové ióny pohybujú z katódy, cez elektrolyt a do anódy - a ukladajú energiu v tomto usporiadaní. Počas výboja sa tieto ióny pohybujú späť v opačnom smere a energia uvoľnená pri tomto pohybe poháňa motory dronu.

Úloha elektrolytu je špecifická: nechať prechádzať lítiové ióny, ale blokovať elektróny. Elektróny musia prechádzať vonkajším obvodom - cez ovládače motora, motory a letovú elektroniku - čo je spôsob, akým vykonávajú užitočnú prácu. Ak by elektróny mohli prechádzať cez elektrolyt priamo, batéria by okamžite skratovala.

Čím sa Solid State líši

V bežných lítiových polymérových batériách je elektrolyt kvapalina alebo gél – konkrétne organické rozpúšťadlo obsahujúce rozpustené lítiové soli. Funguje to dobre. Je tiež horľavý, citlivý na teplotu a časom degraduje chemickými reakciami s povrchmi elektród.

Pevná batéria nahrádza túto kvapalinu pevným materiálom. Pevný elektrolyt stále robí presne tú istú prácu - necháva lítiové ióny prechádzať a blokuje elektróny - ale robí to prostredníctvom zásadne odlišného fyzikálneho mechanizmu.

Namiesto toho, aby ióny unášali kvapalinou, pohybujú sa cez kryštalickú alebo amorfnú tuhú štruktúru a preskakujú medzi miestami vodivosti iónov v materiáli. V závislosti od chémie elektrolytu môžu byť týmito pevnými materiálmi keramika (ako LLZO - oxid lítno-lantán-zirkónový), polyméry alebo sulfidové zlúčeniny. Každý z nich má inú iónovú vodivosť, teplotný výkon a výrobné charakteristiky.

Čo sa mení na výkone

Pretože elektrolyt je teraz pevný, niekoľko vecí sa mení súčasne:

Riziko požiaru výrazne klesá. Organické rozpúšťadlo, ktoré robí kvapalné elektrolyty horľavými, nie je prítomné. V sekvencii tepelného úniku, ktorá spôsobuje požiar lítiovej batérie, sa nič nezapáli. Mechanicky poškodená bunka v tuhom stave stráca svoju funkciu a nestáva sa nebezpečenstvom požiaru.

Bunka môže obsahovať lítiovú kovovú anódu. V batériách s tekutým elektrolytom spôsobujú lítiové kovové anódy rast dendritov - kovových vlákien, ktoré nakoniec skratujú článok. Pevné elektrolyty sú dostatočne husté na to, aby fyzicky blokovali prenikanie dendritov, vďaka čomu sú lítiové kovové anódy životaschopné. Lítiový kov uchováva približne 10-krát viac energie na gram ako grafitové anódy používané v konvenčných batériách – čo je zdrojom výhod hustoty energie batérií v pevnej fáze.

Degradácia sa spomaľuje. Kvapalné elektrolyty postupne reagujú s povrchmi elektród počas stoviek nabíjacích cyklov a vytvárajú vrstvy, ktoré zvyšujú vnútorný odpor a znižujú kapacitu. Pevné elektrolyty sú chemicky stabilnejšie a pomalšie reagujú s materiálmi elektród. Táto stabilita je dôvodom, prečo polovodičové batérie vykazujú dlhšiu životnosť cyklu pri porovnateľných prevádzkových podmienkach.

Čo sa nezmenilo

Základná operácia – pohyb lítiových iónov tam a späť medzi katódou a anódou cez elektrolyt – je identická s každou lítiovou batériou, ktorú ste predtým používali. Rozsah napätia je podobný. Proces nabíjania a vybíjania prebieha podľa rovnakých princípov. Batéria stále potrebuje systém správy batérie na monitorovanie napätí článkov, riadenie vyváženia a ochranu pred zlými podmienkami.

Pevné skupenstvo nie je iný typ skladovania energie. Je to rovnaký typ s 1 zložkou – elektrolytom – prerobeným spôsobom, ktorý odstraňuje najvýznamnejšie obmedzenia konvenčnej chémie lítiových batérií.

Solid State UAV batérie ZYEBATTERY

ZYEBATTERYvyvíja pevné lítium-iónové a vysokovýkonné lítium-polymérové ​​UAV batérie pre komerčné aplikácie dronov. Pochopenie toho, ako táto technológia funguje, je východiskovým bodom pre pochopenie toho, prečo sa výkonové charakteristiky líšia – a pre rozhodovanie o batérii na základe skutočného pochopenia a nie iba čísel technických údajov.