Как работят литиевите батерии с твърдо състояние на дрон?

Въпреки че традиционните литиеви полимерни (LIPO) батерии са станали основни, техните затруднения на безопасността и плътността на енергията стават все по -известни. За разлика от традиционните литиево-йонни батерии, които разчитат на течни електролити, твърдото батерии възприемат съвсем различен подход. Очаква се този иновативен дизайн да предложи по -висока енергийна плътност, по -голяма безопасност и по -дълъг експлоатационен живот.

Батериите с твърдо състояние се преместват от лабораторията към преден план в приложенията. И така, как точно работи тази дългоочаквана технология? Как ще промени бъдещето на дроновете?

Работният процес на твърдо състояние батерии е макроскопски подобен на този на литиево-полимерните батерии, все още включва миграцията на литиеви йони между положителните и отрицателните електроди. Въпреки това, методите за внедряване на микро ниво водят до свят на разликата.

Твърди електролити: Те обикновено са изработени от специални твърди материали като керамика, сулфиди или полимери. Тези материали имат изключително висока йонна проводимост, което позволява на литиевите йони да преминат бързо, като същевременно изолират електрони, като перфектно комбинират двете основни функции на проводимост и изолация.

Електрод с голям капацитет

Иновация на анод: Един от най-вълнуващите потенциали на батериите от твърдо състояние е възможността директно да се използва литиев метал като анод. Това е така, защото твърдият електролит може ефективно да инхибира растежа на литиевите дендрити, а проникването на дендритите през сепаратора е основната причина за късо съединение и пожари в течни батерии.

Положително надграждане на електрода: Чрез комбиниране на положителни електродни материали с високо напрежение и висок капацитет (като висококрушен троен, богати на литий манган или дори серна положителни електроди), енергийният потенциал на цялата система на батерията може да бъде напълно експлоатиран.

Работен процес

Когато батерията се зарежда или изхвърля, литиевите йони (Li⁺) се движат напред и назад между положителните и отрицателните електроди под въздействието на електрическо поле през твърдия електролит, който служи като твърд „мост“. Електроните (E⁻) преминават през външната верига, като по този начин образуват електрически ток за захранване на безпилотния въздушен автомобил.

В дизайна на батерията с твърдо състояние какво може да замени течните електролити?

В традиционните литиево-йонни батерии течният електролит служи като среда за разпространение на йони между анода и катода по време на цикли на зареждане и изхвърляне. Дизайнът на батерията с твърдо състояние обаче заменя тази течност с плътни материали, които изпълняват същата функция. Този твърд електролит може да бъде направен от различни материали, включително керамика, полимери или сулфиди.

Изборът на твърди електролитни материали е от жизненоважно значение, тъй като пряко влияе върху производителността, безопасността и производството на батерията.

Полимерните електролити са изработени от органични материали и имат серия от различни предимства:

1. Гъвкавост: Те могат да се адаптират към промените на обема на електродите по време на процеса на колоездене.

2. Лесен за производство: Полимерните електролити могат да бъдат обработени с помощта на по-прости и по-рентабилни методи.

3. Подобрен интерфейс: Те обикновено образуват по -добър интерфейс с електрода, като по този начин намаляват съпротивлението.

Едно от ключовите предизвикателства в дизайна на батерията с твърдо състояние, независимо от вида на използвания твърд електролит, е да се оптимизира интерфейса между електролита и електрода. За разлика от течните електролити, които са лесни за спазване на повърхностите на електрода, трябва да бъдат внимателно проектирани твърди електролити, за да се гарантира добър контакт и ефективен йонни трансфер.

Изследователите изследват различни стратегии за подобряване на тези интерфейси, включително:

1. Повърхностно покритие: Нанесете тънко покритие върху електрода или електролита, за да подобрите съвместимостта и трансфера на йони.

2. Наноструктурирани интерфейси: Създаване на наноразмерни функции на интерфейсите за увеличаване на повърхностната площ и подобряване на йонния обмен.

3. Монтаж, подпомаган за налягане: По време на процеса на сглобяване на батерията се използва контролирано налягане, за да се осигури добър контакт между компонентите.

Заключение:

Принципът на работа на батериите с твърдо състояние не е просто обикновена подмяна на материала, а по-скоро революция в парадигмата, която се измества от миграцията на течни йони към твърдо състояние на йони. Той доставя енергия по-безопасно и ефективно чрез здрав „твърдо състояние на йон“. За дроновете не става въпрос само за подмяна на батерия; Той бележи началото на чисто нова ера на полета.

Zyebattery винаги е бил фокусиран върху авангардни енергийни технологии. Ние следим отблизо развитието на технологии от следващо поколение, като батерии със твърдо състояние и се ангажираме да осигурим на пазара по-безопасни и по-мощни решения за захранване на дронове в бъдеще, помагайки на нашите клиенти да летят по-високо, по-далеч и по-безопасно.