Hvordan fungerer et solid state-batteri?

Hvordan virker enSolid State batteriArbejde? En almindelig forklaring til UAV-operatører

Forstå hvordan ensolid state batterifungerer kræver ikke en kemigrad. Det kræver, at du forstår 1 nøgleforskel fra de batterier, du allerede er bekendt med - og derefter følge logikken i, hvad forskellen ændrer sig.

Her er den klareste forklaring på solid state-batteridrift, skrevet til folk, der flyver med droner i stedet for folk, der bygger dem.

Start med, hvad hvert batteri gør

Hvert batteri - telefonbatteri,drone batteri, bilbatteri — udfører det samme grundlæggende arbejde. Den lagrer kemisk energi og konverterer den til elektrisk energi efter behov.

Inde i hvert lithiumbatteri er der 3 væsentlige komponenter: en positiv elektrode kaldet katoden, en negativ elektrode kaldet anoden og et mellemlag kaldet elektrolytten, der sidder mellem dem. Under opladning bevæger lithiumioner sig fra katoden, gennem elektrolytten og ind i anoden - og lagrer energi i dette arrangement. Under udladning bevæger disse ioner sig tilbage i den modsatte retning, og den energi, der frigives i den bevægelse, driver dronens motorer.

Elektrolyttens opgave er specifik: Lad lithiumioner passere igennem, men bloker elektroner. Elektroner skal rejse gennem det eksterne kredsløb - gennem motorcontrollere, motorer og flyelektronik - og det er sådan, de gør nyttigt arbejde. Hvis elektroner kunne krydse elektrolytten direkte, ville batteriet kortslutte med det samme.

Hvad gør Solid State anderledes

I konventionelle lithiumpolymerbatterier er elektrolytten en væske eller gel - specifikt et organisk opløsningsmiddel, der indeholder opløste lithiumsalte. Det fungerer godt. Det er også brandfarligt, temperaturfølsomt og nedbrydes over tid gennem kemiske reaktioner med elektrodeoverflader.

Et solid state-batteri erstatter den væske med et fast materiale. Den faste elektrolyt udfører stadig nøjagtig det samme job - at lade lithiumioner passere, mens den blokerer elektroner - men det gør det gennem en fundamentalt anderledes fysisk mekanisme.

I stedet for at ioner driver gennem væske, bevæger de sig gennem en krystallinsk eller amorf fast struktur og hopper mellem ionledende steder i materialet. Afhængigt af elektrolytkemien kan disse faste materialer være keramik (som LLZO - lithiumlanthanzirconiumoxid), polymerer eller sulfidforbindelser. Hver har forskellig ionledningsevne, temperaturydeevne og fremstillingsegenskaber.

Hvad ændrer sig om ydeevne

Fordi elektrolytten nu er fast, ændrer flere ting sig samtidigt:

Brandrisikoen falder markant. Det organiske opløsningsmiddel, der gør flydende elektrolytter brændbare, er ikke til stede. Der er intet at antænde i den termiske runaway-sekvens, der forårsager lithium-batteribrande. En mekanisk beskadiget faststofcelle mister funktion i stedet for at blive en brandfare.

Cellen kan rumme en lithiummetalanode. I flydende elektrolytbatterier forårsager lithiummetalanoder dendritvækst - metalliske filamenter, der til sidst kortslutter cellen. Faste elektrolytter er tætte nok til fysisk at blokere dendritpenetration, hvilket gør lithiummetalanoder levedygtige. Lithiummetal lagrer omkring 10 gange mere energi pr. gram end de grafitanoder, der bruges i konventionelle batterier - hvilket er kilden til fordele ved solid state-batteriers energitæthed.

Nedbrydningen bremses. Flydende elektrolytter reagerer gradvist med elektrodeoverflader over hundredvis af ladningscyklusser og danner lag, der øger den indre modstand og reducerer kapaciteten. Faste elektrolytter er mere kemisk stabile og reagerer langsommere med elektrodematerialer. Denne stabilitet er grunden til, at solid state-batterier viser længere levetid under sammenlignelige driftsforhold.

Hvad er ikke ændret

Den grundlæggende operation - lithiumioner, der bevæger sig frem og tilbage mellem katode og anode gennem en elektrolyt - er identisk med hvert lithiumbatteri, du har brugt før. Spændingsområdet er det samme. Opladnings- og afladningsprocessen følger de samme principper. Batteriet har stadig brug for et batteristyringssystem til at overvåge cellespændinger, styre balancering og beskytte mod misbrug.

Fast tilstand er ikke en anden type energilagring. Det er den samme type med 1 komponent - elektrolytten - redesignet på en måde, der fjerner de væsentligste begrænsninger af konventionel lithiumbatterikemi.

ZYEBATTERI's Solid State UAV-batterier

ZYEBATTERIudvikler solid state lithium ion og højtydende lithium polymer UAV batterier til kommercielle drone applikationer. Forståelse af, hvordan teknologien fungerer, er udgangspunktet for at forstå, hvorfor ydeevneegenskaberne er forskellige - og for at træffe batteribeslutninger baseret på reel forståelse snarere end specifikationsarknumre alene.