Hvordan fungerer drone solid-state litiumbatterier?

Selv om tradisjonelle litiumpolymer (LIPO) batterier har blitt mainstream, har deres flaskehenks for sikkerhet og energitetthet blitt stadig mer fremtredende. I motsetning til tradisjonelle litium-ion-batterier som er avhengige av flytende elektrolytter, tar faststoffbatterier en helt annen tilnærming. Denne innovative designen forventes å tilby høyere energitetthet, større sikkerhet og lengre levetid.

Solid-state-batterier beveger seg fra laboratoriet i forkant av applikasjoner. Så hvordan fungerer denne etterlengtede teknologien? Hvordan vil det endre fremtiden til droner?

Arbeidsprosessen med solid-state-batterier er makroskopisk lik den for litium-polymerbatterier, og involverer fortsatt migrasjon av litiumioner mellom de positive og negative elektrodene. Implementeringsmetodene på mikronivå fører imidlertid til en verden av forskjell.

Solide elektrolytter: De er vanligvis laget av spesielle faste materialer som keramikk, sulfider eller polymerer. Disse materialene har ekstremt høy ionisk konduktivitet, slik at litiumioner kan passere raskt gjennom mens de også isolerer elektroner, og kombinerer perfekt de to hovedfunksjonene for ledning og isolasjon.

Elektrode med høy kapasitet

Anodeinnovasjon: Et av de mest spennende potensialene i solid-state-batterier er muligheten til å bruke litiummetall direkte som anode. Dette er fordi den faste elektrolytten effektivt kan hemme veksten av litiumdendritter, og penetrering av dendritter gjennom separatoren er den viktigste årsaken til kortslutning og branner i flytende batterier.

Positiv elektrodeoppgradering: Ved å kombinere høyspenning og høykapasitetspositive elektrodematerialer (for eksempel ternære, litiumrike manganbaserte eller til og med svovel positive elektroder), kan energipotensialet til hele batterisystemet utnyttes.

Arbeidsprosess

Når et batteri lades eller tømmes, beveger litiumioner (Li⁺) seg frem og tilbake mellom de positive og negative elektrodene under påvirkning av et elektrisk felt gjennom den faste elektrolytten, som fungerer som en solid "bro". Elektroner (E⁻) strømmer gjennom den eksterne kretsen, og danner dermed en elektrisk strøm for å drive det ubemannede luftkjøretøyet.

Hva kan erstatte flytende elektrolytter i solid-state batteridesign?

I tradisjonelle litium-ion-batterier fungerer væskelektrolytten som mediet for utbredelse av ioner mellom anoden og katoden under lading og utskrivningssykluser. Imidlertid erstatter solid-state batteridesign denne væsken med faste materialer som utfører den samme funksjonen. Denne faste elektrolytten kan være laget av forskjellige materialer, inkludert keramikk, polymerer eller sulfider.

Valget av faste elektrolyttmaterialer er av vital betydning, da det direkte påvirker ytelsen, sikkerheten og produserbarheten til batteriet.

Polymerelektrolytter er laget av organiske materialer og har en serie forskjellige fordeler:

1. Fleksibilitet: De kan tilpasse seg volumendringene av elektroder under sykkelprosessen.

2. Enkel å produsere: Polymerelektrolytter kan behandles ved hjelp av enklere og mer kostnadseffektive metoder.

3. Forbedret grensesnitt: De danner vanligvis et bedre grensesnitt med elektroden, og reduserer dermed motstand.

En av de viktigste utfordringene i solid-state batteridesign, uavhengig av hvilken type fast elektrolytt som brukes, er å optimalisere grensesnittet mellom elektrolytten og elektroden. I motsetning til flytende elektrolytter som er enkle å feste seg til elektrodeoverflater, må faste elektrolytter være nøye designet for å sikre god kontakt og effektiv ionoverføring.

Forskere undersøker forskjellige strategier for å forbedre disse grensesnittene, inkludert:

1. Overflatebelegg: Påfør et tynt belegg på elektroden eller elektrolytten for å forbedre kompatibiliteten og ionoverføringen.

2. Nanostrukturerte grensesnitt: Lag nanoskalafunksjoner ved grensesnittene for å øke overflaten og forbedre ionebytte.

3. Trykkassistert montering: Kontrollert trykk brukes under batteriets monteringsprosess for å sikre god kontakt mellom komponenter.

Konklusjon:

Arbeidsprinsippet for solid-state-batterier er ikke bare en enkel materialerstatning, men snarere en paradigmrevolusjon som skifter fra migrasjon av flytende ion til faststoff-ioneledning. Den leverer energi mer trygt og effektivt gjennom en solid "solid-state ionebro". For droner handler dette ikke bare om å erstatte et batteri; Det markerer begynnelsen på en splitter ny tid med fly.

Zyebatteri har alltid vært fokusert på banebrytende energiteknologier. Vi følger nøye utviklingen av neste generasjons teknologier som solid-state-batterier og er opptatt av å gi markedet tryggere og kraftigere dronekraftløsninger i fremtiden, og hjelper våre kunder med å fly høyere, lenger og tryggere.