Hvordan fungerer drone-faststof-lithiumbatterier?

Selvom traditionelle lithiumpolymer (LIPO) batterier er blevet mainstream, er deres sikkerheds- og energitæthedsflaskehalse blevet mere og mere fremtrædende. I modsætning til traditionelle lithium-ion-batterier, der er afhængige af flydende elektrolytter, indfører faststofbatterier en helt anden tilgang. Dette innovative design forventes at tilbyde højere energitæthed, større sikkerhed og en længere levetid.

Solid-state-batterier bevæger sig fra laboratoriet til spidsen for applikationer. Så hvordan fungerer denne meget forventede teknologi? Hvordan vil det ændre dronernes fremtid?

Arbejdsprocessen med faststofbatterier ligner makroskopisk den for lithium-polymerbatterier, der stadig involverer migration af lithiumioner mellem de positive og negative elektroder. Imidlertid medfører implementeringsmetoderne på mikroniveau en verden af ​​forskel.

Fast elektrolytter: De er normalt lavet af specielle faste materialer såsom keramik, sulfider eller polymerer. Disse materialer har ekstremt høj ionisk ledningsevne, hvilket gør det muligt for lithiumioner at passere hurtigt gennem, mens de også isolerer elektroner, hvilket perfekt kombinerer de to hovedfunktioner af ledning og isolering.

Elektrode med høj kapacitet

Anodeinnovation: Et af de mest spændende potentialer ved faste stofbatterier er evnen til direkte at bruge lithiummetal som anode. Dette skyldes, at den faste elektrolyt effektivt kan hæmme væksten af ​​lithium -dendritter, og penetreringen af ​​dendriter gennem separatoren er den vigtigste årsag til kortslutninger og brande i flydende batterier.

Positiv elektrodeopgradering: Ved at kombinere højspændings- og højkapacitet positive elektrodematerialer (såsom høj-nikkel-ternær, lithiumrige manganbaserede eller endda svovlpositive elektroder), kan energipotentialet i hele batterisystemet udnyttes fuldt ud.

Arbejdsproces

Når et batteri er opladet eller udledt, bevæger lithiumioner (Li⁺) sig frem og tilbage mellem de positive og negative elektroder under påvirkning af et elektrisk felt gennem den faste elektrolyt, der tjener som en solid "bro". Elektroner (E⁻) strømmer gennem det eksterne kredsløb og danner derved en elektrisk strøm til at drive det ubemandede luftkøretøj.

Hvad kan der erstatte flydende elektrolytter i faststof-batteri-design?

I traditionelle lithium-ion-batterier fungerer den flydende elektrolyt som medium til forplantning af ioner mellem anoden og katoden under opladnings- og afladningscyklusser. Imidlertid erstatter faststof-batteridesign denne væske med faste materialer, der udfører den samme funktion. Denne faste elektrolyt kan fremstilles af forskellige materialer, herunder keramik, polymerer eller sulfider.

Valget af faste elektrolytmaterialer er af vital betydning, da det direkte påvirker batteriets ydelse, sikkerhed og fremstilling.

Polymerelektrolytter er lavet af organiske materialer og har en række forskellige fordele:

1. Fleksibilitet: De kan tilpasse sig volumenændringerne af elektroder under cyklingprocessen.

2. Let at fremstille: Polymerelektrolytter kan behandles ved hjælp af enklere og mere omkostningseffektive metoder.

3. Forbedret grænseflade: De danner normalt en bedre grænseflade med elektroden og reducerer derved modstanden.

En af de vigtigste udfordringer i faststof-batteridesign, uanset hvilken type solid elektrolyt anvendt, er at optimere grænsefladen mellem elektrolytten og elektroden. I modsætning til flydende elektrolytter, der er lette at klæbe til elektrodeoverflader, skal faste elektrolytter være omhyggeligt designet til at sikre god kontakt og effektiv ionoverførsel.

Forskere undersøger forskellige strategier for at forbedre disse grænseflader, herunder:

1. Overfladebelægning: Påfør en tynd belægning på elektroden eller elektrolytten for at forbedre kompatibilitet og ionoverførsel.

2. nanostrukturerede grænseflader: Opret nanoskalafunktioner ved grænsefladerne for at øge overfladearealet og forbedre ionudvekslingen.

3. trykassisteret samling: Kontrolleret tryk bruges under batterienhedsprocessen for at sikre god kontakt mellem komponenter.

Konklusion:

Arbejdsprincippet for faste statsbatterier er ikke kun en simpel materialeudskiftning, men snarere en paradigmerevolution, der skifter fra flydende ionmigration til faststof-ion-ledning. Det leverer energi mere sikkert og effektivt gennem en robust "solid-state ionbro". For droner handler dette ikke kun om at udskifte et batteri; Det markerer begyndelsen på en helt ny æra med flyvning.

Zyebattery har altid været fokuseret på banebrydende energiteknologier. Vi følger nøje udviklingen af ​​næste generations teknologier som f.eks. Solid-state-batterier og er forpligtet til at give markedet mere sikre og mere kraftfulde drone-strømløsninger i fremtiden, hvilket hjælper vores kunder med at flyve højere, længere og mere sikkert.