Как работи твърда батерия?

Как действа aТвърда батерияработа? Просто обяснение за операторите на UAV

Разбирането как aтвърда батерияработи не изисква диплома по химия. Изисква се да разберете 1 ключова разлика от батериите, с които вече сте запознати — и след това да следвате логиката на това какво се променя тази разлика.

Ето най-ясното обяснение за работата на твърдотелна батерия, написано за хора, които управляват дронове, а не за хора, които ги конструират.

Започнете с това, което прави всяка батерия

Всяка батерия — батерия на телефона,батерия за дрон, автомобилна батерия — върши същата основна работа. Той съхранява химическа енергия и я преобразува в електрическа енергия при поискване.

Във всяка литиева батерия има 3 основни компонента: положителен електрод, наречен катод, отрицателен електрод, наречен анод, и среден слой, наречен електролит, който се намира между тях. По време на зареждане литиевите йони се движат от катода, през електролита и в анода - съхранявайки енергия в тази подредба. По време на разреждането тези йони се движат обратно в обратна посока и енергията, освободена при това движение, захранва двигателите на дрона.

Задачата на електролита е специфична: пропуска литиевите йони, но блокира електроните. Електроните трябва да пътуват през външната верига - през моторните контролери, двигателите и електрониката на полета - което е начинът, по който те вършат полезна работа. Ако електроните можеха да преминат директно през електролита, батерията незабавно би дала на късо.

Какво прави твърдото състояние различно

В конвенционалните литиево-полимерни батерии електролитът е течност или гел - по-специално органичен разтворител, съдържащ разтворени литиеви соли. Работи добре. Освен това е запалим, чувствителен към температура и се разгражда с течение на времето чрез химически реакции с повърхностите на електродите.

Една твърда батерия заменя тази течност с твърд материал. Твърдият електролит все още върши абсолютно същата работа - пропуска литиевите йони, докато блокира електроните - но го прави чрез фундаментално различен физически механизъм.

Вместо йони да се движат през течността, те се движат през кристална или аморфна твърда структура, прескачайки между местата за провеждане на йони в материала. В зависимост от химията на електролита тези твърди материали може да са керамика (като LLZO — литиев лантанов циркониев оксид), полимери или сулфидни съединения. Всеки има различна йонна проводимост, температурни показатели и производствени характеристики.

Какво се променя в производителността

Тъй като сега електролитът е твърд, няколко неща се променят едновременно:

Рискът от пожар намалява значително. Органичният разтворител, който прави течните електролити запалими, не присъства. Няма нищо, което да се възпламени в последователността на термични избягания, която причинява пожари на литиевата батерия. Механично повредена твърда клетка губи функция, вместо да се превърне в опасност от пожар.

Клетката може да побере литиев метален анод. В батериите с течен електролит литиево-металните аноди причиняват растеж на дендрити - метални нишки, които в крайна сметка предизвикват късо съединение в клетката. Твърдите електролити са достатъчно плътни, за да блокират физически проникването на дендритите, което прави литиевите метални аноди жизнеспособни. Металният литий съхранява приблизително 10 пъти повече енергия на грам от графитните аноди, използвани в конвенционалните батерии — което е източникът на предимствата на енергийната плътност на батериите в твърдо състояние.

Разграждането се забавя. Течните електролити реагират постепенно с повърхностите на електродите в продължение на стотици цикли на зареждане, образувайки слоеве, които увеличават вътрешното съпротивление и намаляват капацитета. Твърдите електролити са по-химически стабилни, реагират по-бавно с електродните материали. Тази стабилност е причината твърдотелните батерии да демонстрират по-дълъг цикъл на живот при сравними работни условия.

Какво не се е променило

Основната операция — литиеви йони, движещи се напред-назад между катода и анода през електролит — е идентична с всяка литиева батерия, която сте използвали преди. Обхватът на напрежението е подобен. Процесът на зареждане и разреждане следва същите принципи. Батерията все още се нуждае от система за управление на батерията, за да следи напрежението на клетката, да управлява балансирането и да предпазва от злоупотреби.

Твърдото състояние не е различен тип съхранение на енергия. Това е от същия тип, с 1 компонент — електролита — преработен по начин, който премахва най-значимите ограничения на конвенционалната химия на литиевите батерии.

Твърдотелни батерии за UAV на ZYEBATTERY

ZYEBATTERYразработва твърдотелни литиево-йонни и високопроизводителни литиево-полимерни UAV батерии за търговски приложения с дронове. Разбирането как работи технологията е отправната точка за разбиране защо характеристиките на производителността се различават — и за вземане на решения за батерия въз основа на реално разбиране, а не само на номера на спецификациите.