Чи використовує літій твердотільний акумулятор?

Чи аТвердотільний акумуляторВикористовувати літій? 

Так — але не таким же чином

тактвердотільні батареївикористовувати літій. Ця частина проста. Що ще цікавіше — і корисніше для тих, хто намагається зрозуміти, чому твердотільні батареї працюють інакше, ніж звичайні — це те, як використовується літій і що змінюється, коли ви переходите від конструкції з рідким електролітом до твердої.

Різниця полягає не лише в інженерних деталях. Він пояснює вимоги щодо продуктивності, які ви бачите в маркетингу твердотільних акумуляторів, і допомагає вам оцінити, чи стосуються ці заяви конкретної батареї, яку ви розглядаєте.

Роль літію в будь-якій батареї

У кожній літієвій батареї — твердотільній чи звичайній — робочим іоном є літій. Під час заряджання іони літію залишають катод (позитивний електрод), проходять через електроліт і зберігаються в аноді (негативний електрод). Під час розряду цей процес змінюється: іони літію рухаються від анода назад через електроліт до катода, і енергія, що вивільняється під час цього руху, живить дрон.

Робота електроліту полягає в тому, щоб просто пропускати іони літію через нього, блокуючи електрони, які замість цього змушені рухатися по зовнішньому ланцюгу, живлячи двигуни. Незалежно від того, чи є електроліт рідким чи твердим, літій виконує однакову фундаментальну роботу.

Змінюється те, де літій зберігається в аноді, і наскільки ефективно це зберігання відбувається.

Як звичайні батареї зберігають літій на аноді

У стандартних літій-полімерних акумуляторах анод виготовлений з графіту. Іони літію не просто накопичуються на графіті — вони інтеркалюються, тобто прослизають між шарами атомів вуглецю в кристалічній структурі графіту. Кожна графітова одиниця може утримувати лише фіксовану кількість іонів літію, що визначається її кристалічною геометрією.

Цей механізм інтеркаляції є стабільним і добре зрозумілим, але він встановлює жорстку межу щодо того, скільки літію може зберігати графітовий анод на грам матеріалу. Ця стеля є частиною того, що обмежує щільність енергії звичайних LiPo акумуляторів приблизно до 200-260 Вт·год/кг на рівні упаковки — незалежно від того, наскільки гарною є решта конструкції.

Як твердотільні батареї можуть використовувати літій по-різному

Саме тут твердотільний дизайн створює суттєву можливість продуктивності.

Оскільки тверді електроліти можуть фізично блокувати проникнення дендритів — металевих ниток, які роблять металеві літієві аноди небезпечними в акумуляторах з рідким електролітом — твердотільні батареї можуть замінити графітові аноди чистим металевим літієм.

Металевий літій не інтеркалюється. Це пластини та смуги безпосередньо як об'ємний метал під час заряджання та розряджання. І металевий літій зберігає приблизно в 10 разів більше іонів літію на грам, ніж графіт.

Результат: твердотільний акумулятор із металевим літієвим анодом не досягає такого рівня щільності енергії, як конструкція з графітовим анодом. Це архітектура, що лежить в основі показників щільності енергії на рівні упаковки від 350 до 400+ Вт·год/кг, пов’язаних із вдосконаленими твердотільними батареями — показників, яких неможливо досягти з графітовими анодами незалежно від типу електроліту.

Чому ця відмінність важлива при оцінці продуктів

Не всі твердотільні батареї використовують металеві літієві аноди. Твердотільні конструкції першого покоління часто зберігають графітові аноди та замінюють лише електроліт. Ці батареї забезпечують покращену безпеку та циклічний термін служби порівняно з LiPo, що є справжніми перевагами, але їх щільність енергії подібна до звичайних літій-іонних батарей, але не значно вища.

Коли ви бачите твердотільну батарею із заявленою потужністю 350+ Вт·год/кг, літієвий металевий анод стоїть позаду цього числа. Коли ви бачите, що один із заявками від 210 до 240 Вт·год/кг, він майже напевно використовує графіт — електроліт змінився, а анод — ні.

Для операторів БПЛА, які вибирають між твердотільними варіантами, запитання: «Ця батарея використовує літієвий металевий анод чи графіт?» одразу повідомляє, чи твердження щодо щільності енергії базуються на повній перевагі твердого стану чи просто на заміні електроліту.

Документація щодо архітектури анода ZYEBATTERY

ZYEBATTERYнадає специфікації архітектури анода для твердотільних літій-іонних і високопродуктивних літій-полімерних акумуляторів БПЛА — тому що відомості про те, чи металевий літій чи графіт є на аноді, визначають, чи є значення щільності енергії в технічному аркуші повністю твердотільним дизайном чи гібридним підходом.

Твердотільні акумуляторивикористовувати літій. Більш корисне запитання — де і як — і на це запитання є конкретна відповідь, підтверджена документами.