Hvordan fungerer et solid state-batteri?

Hvordan virker enSolid State-batteriArbeid? En enkel forklaring for UAV-operatører

Forstå hvordan ensolid state batterifungerer krever ikke en kjemigrad. Det krever å forstå 1 nøkkelforskjell fra batteriene du allerede er kjent med - og deretter følge logikken i hva den forskjellen endrer.

Her er den klareste forklaringen på solid state-batteridrift, skrevet for folk som flyr droner i stedet for folk som bygger dem.

Start med hva hvert batteri gjør

Hvert batteri - telefonbatteri,drone batteri, bilbatteri — gjør den samme grunnleggende jobben. Den lagrer kjemisk energi og konverterer den til elektrisk energi ved behov.

Inne i hvert litiumbatteri er det 3 essensielle komponenter: en positiv elektrode kalt katoden, en negativ elektrode kalt anoden, og et mellomlag kalt elektrolytten som sitter mellom dem. Under lading beveger litiumioner seg fra katoden, gjennom elektrolytten og inn i anoden – og lagrer energi i det arrangementet. Under utladning beveger disse ionene seg tilbake i motsatt retning, og energien som frigjøres i den bevegelsen driver dronens motorer.

Elektrolyttens jobb er spesifikk: la litiumioner passere gjennom, men blokker elektroner. Elektroner må reise gjennom den eksterne kretsen - gjennom motorkontrollerne, motorene og flyelektronikken - og det er hvordan de gjør nyttig arbeid. Hvis elektroner kunne krysse elektrolytten direkte, ville batteriet kortslutt umiddelbart.

Hva gjør Solid State annerledes

I konvensjonelle litiumpolymerbatterier er elektrolytten en væske eller gel - nærmere bestemt et organisk løsningsmiddel som inneholder oppløste litiumsalter. Det fungerer bra. Det er også brennbart, temperaturfølsomt og brytes ned over tid gjennom kjemiske reaksjoner med elektrodeoverflater.

Et solid state-batteri erstatter den væsken med et fast materiale. Den faste elektrolytten gjør fortsatt nøyaktig den samme jobben - lar litiumioner passere mens den blokkerer elektroner - men den gjør det gjennom en fundamentalt annen fysisk mekanisme.

I stedet for ioner som driver gjennom væske, beveger de seg gjennom en krystallinsk eller amorf fast struktur, og hopper mellom ioneledende steder i materialet. Avhengig av elektrolyttkjemien, kan disse faste materialene være keramikk (som LLZO - litium lantan zirkoniumoksid), polymerer eller sulfidforbindelser. Hver har forskjellig ioneledningsevne, temperaturytelse og produksjonsegenskaper.

Hva endres med ytelse

Fordi elektrolytten nå er solid, endres flere ting samtidig:

Brannfaren synker betydelig. Det organiske løsningsmidlet som gjør flytende elektrolytter brennbare er ikke tilstede. Det er ingenting å antennes i den termiske løpssekvensen som forårsaker litiumbatteribranner. En mekanisk skadet faststoffcelle mister funksjon i stedet for å bli en brannfare.

Cellen kan romme en litiummetallanode. I væske-elektrolyttbatterier forårsaker litiummetallanoder dendrittvekst - metalliske filamenter som til slutt kortslutter cellen. Faste elektrolytter er tette nok til å fysisk blokkere dendrittpenetrasjon, noe som gjør litiummetallanoder levedyktige. Litiummetall lagrer omtrent 10 ganger mer energi per gram enn grafittanodene som brukes i konvensjonelle batterier - som er kilden til fordeler med solid state-batteriers energitetthet.

Nedbrytningen avtar. Flytende elektrolytter reagerer gradvis med elektrodeoverflater over hundrevis av ladesykluser, og danner lag som øker den indre motstanden og reduserer kapasiteten. Faste elektrolytter er mer kjemisk stabile, og reagerer langsommere med elektrodematerialer. Denne stabiliteten er grunnen til at solid state-batterier viser lengre levetid under sammenlignbare driftsforhold.

Hva har ikke endret seg

Den grunnleggende operasjonen - litiumioner som beveger seg frem og tilbake mellom katode og anode gjennom en elektrolytt - er identisk med hvert litiumbatteri du har brukt før. Spenningsområdet er likt. Lade- og utladingsprosessen følger de samme prinsippene. Batteriet trenger fortsatt et batteristyringssystem for å overvåke cellespenninger, administrere balansering og beskytte mot misbruk.

Fast tilstand er ikke en annen type energilagring. Det er samme type, med 1 komponent - elektrolytten - redesignet på en måte som fjerner de viktigste begrensningene ved konvensjonell litiumbatterikjemi.

ZYEBATTERIs Solid State UAV-batterier

ZYEBATTERIutvikler solid state litiumion og høyytelses litiumpolymer UAV-batterier for kommersielle droneapplikasjoner. Å forstå hvordan teknologien fungerer er utgangspunktet for å forstå hvorfor ytelsesegenskapene er forskjellige - og for å ta batteribeslutninger basert på reell forståelse i stedet for spesifikasjonsarknummer alene.