Як працює твердотільний акумулятор?

Як діє aТвердотільний акумуляторробота? Просте пояснення для операторів БПЛА

Розуміння того, як aтвердотільний акумуляторроботи не вимагають диплома хіміка. Це вимагає розуміння 1 ключової відмінності від акумуляторів, з якими ви вже знайомі, а потім слідування логіці того, що ця відмінність змінює.

Ось найясніше пояснення роботи твердотільного акумулятора, написане для людей, які керують дронами, а не для тих, хто їх створює.

Почніть із того, що робить кожна батарея

Кожен акумулятор — телефонний акумулятор,акумулятор дрона, автомобільний акумулятор — виконує ту саму основну роботу. Він накопичує хімічну енергію та за потреби перетворює її на електричну.

Усередині кожної літієвої батареї є 3 основні компоненти: позитивний електрод, який називається катодом, негативний електрод, який називається анодом, і середній шар, який називається електролітом, який знаходиться між ними. Під час заряджання іони літію рухаються від катода через електроліт до анода, накопичуючи енергію в цьому місці. Під час розряду ці іони повертаються назад у протилежному напрямку, і енергія, що виділяється під час цього руху, приводить в дію двигуни дрона.

Робота електроліту специфічна: пропускати іони літію, але блокувати електрони. Електрони повинні подорожувати по зовнішньому ланцюгу — через контролери двигунів, двигуни та електроніку польоту — таким чином вони виконують корисну роботу. Якби електрони могли перетинати електроліт безпосередньо, батарея негайно замикалася б.

Що робить твердий стан іншим

У звичайних літій-полімерних батареях електроліт є рідиною або гелем, зокрема, органічним розчинником, що містить розчинені солі літію. Це добре працює. Він також легкозаймистий, чутливий до температури та з часом розкладається через хімічні реакції з поверхнями електродів.

Твердотільний акумулятор замінює цю рідину твердим матеріалом. Твердий електроліт все ще виконує ту саму роботу — пропускає іони літію, блокуючи електрони — але робить це за допомогою принципово іншого фізичного механізму.

Замість того, щоб іони дрейфували крізь рідину, вони рухаються крізь кристалічну або аморфну ​​тверду структуру, стрибаючи між іонопровідними ділянками всередині матеріалу. Залежно від хімічного складу електроліту ці тверді матеріали можуть бути керамікою (наприклад, LLZO — оксид літію, лантану, цирконію), полімерами або сульфідними сполуками. Кожен має різну іонну провідність, температурні характеристики та виробничі характеристики.

Що змінилося щодо продуктивності

Оскільки електроліт тепер твердий, кілька речей змінюються одночасно:

Ризик пожежі значно знижується. Органічний розчинник, який робить рідкі електроліти горючими, відсутній. Немає нічого, що могло б спалахнути в послідовності теплових розбігів, які спричиняють займання літієвої батареї. Механічно пошкоджений твердотільний елемент втрачає функцію, а не стає пожежонебезпечним.

Комірка може вмістити металевий літієвий анод. У рідкоелектролітних батареях металеві літієві аноди викликають ріст дендритів — металевих ниток, які згодом замикають елемент. Тверді електроліти достатньо щільні, щоб фізично блокувати проникнення дендритів, що робить металеві літієві аноди життєздатними. Металевий літій зберігає приблизно в 10 разів більше енергії на грам, ніж графітові аноди, які використовуються у звичайних батареях, що є джерелом переваг твердотільних батарей у щільності енергії.

Деградація сповільнюється. Рідкі електроліти поступово реагують з поверхнями електродів протягом сотень циклів заряду, утворюючи шари, які збільшують внутрішній опір і зменшують ємність. Тверді електроліти більш хімічно стабільні, повільніше реагують з матеріалами електродів. Завдяки цій стабільності твердотільні батареї демонструють довший термін служби за порівнянних умов експлуатації.

Що не змінилося

Основна функція — іони літію рухаються назад і вперед між катодом і анодом через електроліт — ідентична для всіх літієвих батарей, які ви використовували раніше. Діапазон напруг аналогічний. Процес заряджання та розряджання відбувається за однаковими принципами. Акумулятор все ще потребує системи керування акумулятором для моніторингу напруги елемента, керування балансуванням і захисту від зловживань.

Твердий стан – це не інший тип накопичувача енергії. Це той самий тип, з 1 компонентом — електролітом — переробленим таким чином, що усуває найважливіші обмеження традиційної хімії літієвих батарей.

Твердотільні батареї БПЛА від ZYEBATTERY

ZYEBATTERYрозробляє твердотільні літій-іонні та високоефективні літій-полімерні батареї БПЛА для комерційних безпілотників. Розуміння того, як працює технологія, є відправною точкою для розуміння того, чому характеристики продуктивності відрізняються, і для прийняття рішень щодо батареї, заснованих на реальному розумінні, а не лише на цифрах специфікацій.