Hvordan sammenlignes faste tilstandsbatterier med lithiumionbatterier med hensyn til sikkerhed?

Har du nogensinde bekymret dig for, at din telefon overophedes eller endda eksploderer, mens du opkræver den? Har du nogensinde følt dig bekymret for batterisikkerhed efter at have set nyhedsrapporter om droner, der fangede ild på grund af batteriproblemer? Blandt de forskellige tilgængelige typer batterier,Solid tilstandsbatterier og lithiumionbatteriersammenlignes ofte. Hvilken er mere sikker?

For at udforske dette spørgsmål er vi nødt til at starte med kernekomponenterne i batterier.

1. Elektrolyt: Den første forsvarslinje for sikkerhed

Lithium-ion-batterier bruger typisk organiske flydende elektrolytter, som har en vis grad af antændelighed. Når batteriet udsættes for mekanisk påvirkning, overopladning eller høje temperaturer, kan der forekomme interne kortslutninger, hvilket forårsager en hurtig temperaturstigning. Den flydende elektrolyt kan nedbrydes og frigive brandfarlige gasser, hvilket fører til forbrænding eller endda eksplosioner, hvoraf mange er relateret til ustabiliteten af ​​den flydende elektrolyt.

I modsætning hertil Semi-Solid-state-battery Brug faste elektrolytter såsom keramik eller polymerer, der udviser fremragende kemisk stabilitet og ikke-lammbarhed. Selv under ekstreme forhold er det usandsynligt, at solide elektrolytter nedbrydes eller lækker, hvilket reducerer risikoen for brand eller eksplosion markant. Sulfidfaste elektrolytter har et antændelsespunkt, der overstiger 500 ° C, mens oxidelektrolytter forbliver stabile, selv ved 800 ° C.

Strukturelt er elektroderne i lithiumionbatterier tæt placeret, hvilket gør dem tilbøjelige til dendritvækst. Dendritter er trælignende krystaller dannet ved den ujævne afsætning af lithiumioner på elektrodeoverfladen under opladning og afladning. 

De kan gennembore separatoren og forårsage interne kortslutninger og sikkerhedshændelser. I modsætning hertil har de faste elektrolytter i batterier med fast tilstand høj mekanisk styrke, hvilket effektivt undertrykker dendritvækst og penetration, hvilket yderligere forbedrer batterisikkerheden.

2. overlevelseskonkurrence i ekstreme miljøer

Ved -20 ° C bliver den flydende elektrolyt i lithium -ion -batterier viskøs, hvilket forårsager et skarpt fald i ionledningsevneffektivitet. Dette reducerer ikke kun batteriets levetid, men kan også forværre dendritvækst på grund af ujævn opladning og afladning. I modsætning hertilSolid-state batterierBrug af sulfidelektrolytter kan opretholde over 70% af deres kapacitet ved -40 ° C, og dendritvæksthastigheden ved lave temperaturer er kun en femtedel af lithium-ion-batterier.

Kløften bliver endnu mere udtalt i miljøer med høj temperatur. Når omgivelsestemperaturen når 45 ° C, kræver lithium-ion-batterier et kølesystem for at opretholde sikkerhed, mens faststofbatterier, efter 500 cyklusser med kontinuerlig opladning og afladning ved 60 ° C, kun udviser en 3% stigning i kapacitetsforringelse sammenlignet med stuetemperaturforholdene.

3. afbalancering af sikkerhed i kommercialiseringsprocessen

Imidlertid står Solid State -batterier i øjeblikket over for nogle udfordringer.

For eksempel er deres produktionsomkostninger relativt høje, og fremstillingsprocessen er mere kompleks, som til en vis grad begrænser deres store applikation. Lithium-ion-batterier har på den anden side gennemgået mange års udvikling med relativt moden teknologi og lavere omkostninger, hvilket gør dem dominerende på markedet.

Selvom faststofbatterier teoretisk tilbyder overlegen sikkerhed, er de stadig nødt til at tackle praktiske udfordringer på dette tidspunkt.

Grænsefladeimpedansspørgsmålet om batterier af alle solid-state er endnu ikke fuldt løst, og nogle producenter har vedtaget en "Semi-solid-state”Overgangsopløsning - tilbageholdt en lille mængde flydende elektrolyt for at forbedre ledningsevnen.

Valg af et batteri er i det væsentlige at vælge en sikkerhedsfilosofi: lithium-ion-batterier er som præcisions schweiziske hærknive, der opnå kontrollerbar sikkerhed gennem komplekse beskyttelsesforanstaltninger; Solid-state batterier er som en solid klippe, iboende stabil og modstandsdygtig over for risici.

Samlet set med hensyn til sikkerhed Solid-state-battery har faktisk en fordel i forhold til lithium-ion-batterier på grund af egenskaberne ved deres faststof-elektrolytter og overlegen strukturel design. Efterhånden som teknologien fortsætter med at gå videre, forventes omkostningerne ved faststofbatterier gradvist at falde, og de kan til sidst erstatte lithium-ion-batterier i flere applikationer, hvilket giver mere sikre energiløsninger til vores liv.  

At lære mere om Solid-state-battery Eller udforske muligheder for dine specifikke behov? Vores team hos Zye er her for at hjælpe.

Vi er specialiserede i banebrydende batteriteknologier og kan give ekspertvejledning om valg af den rigtige løsning til din applikation.

Tøv ikke med at nå ud til os på coco@zyepower.com For mere information eller for at diskutere dine krav. Lad os drive fremtiden sammen!