Как работают твердотельные литиевые батареи беспилотников?

Хотя традиционные литий -полимерные батареи (Lipo) стали основными, их безопасность и плотность энергии становятся все более заметными. В отличие от традиционных литий-ионных батарей, которые полагаются на жидкие электролиты, твердотельные батареи используют совершенно другой подход. Ожидается, что этот инновационный дизайн обеспечит более высокую плотность энергии, большую безопасность и более длительный срок службы.

Твердовые батареи перемещаются от лаборатории на передний план применений. Итак, как именно работает эта долгожданная технология? Как это изменит будущее беспилотников?

Рабочий процесс твердотельных аккумуляторов макроскопически похож на процесс литий-полимерных батарей, все еще включающий миграцию литий-ионов между положительными и отрицательными электродами. Тем не менее, методы реализации на микроуровне приводят к миру разницы.

Сплошные электролиты: они обычно изготовлены из специальных твердых материалов, таких как керамика, сульфиды или полимеры. Эти материалы имеют чрезвычайно высокую ионную проводимость, позволяя быстро проходить ионы лития, а также изолировать электроны, идеально сочетая две основные функции проводимости и изоляции.

Электрод высокой емкости

Анодные инновации: одним из самых захватывающих потенциалов твердотельных батарей является возможность напрямую использовать литий-метал в качестве анода. Это связано с тем, что твердый электролит может эффективно ингибировать рост литий -дендритов, а проникновение дендритов через сепаратор является основной причиной коротких цепей и пожаров в жидких батареях.

Положительное обновление электродов: путем комбинирования высоковольтных и высоких материалов с положительными электродами (такими как высокий уровень тройного, богатого литием марганца или даже серы-положительные электроды), энергетический потенциал всей системы батареи может быть полностью использован.

Рабочий процесс

Когда батарея заряжается или разряжается, ионы лития (LI⁺) перемещаются взад и вперед между положительными и отрицательными электродами под влиянием электрического поля через твердый электролит, который служит твердым «мостом». Электроны (e⁻) протекают через внешнюю цепь, тем самым образуя электрический ток для питания беспилотного воздушного автомобиля.

Что может заменить жидкие электролиты?

В традиционных литий-ионных батареях жидкий электролит служит средой для распространения ионов между анодом и катодом во время зарядки и циклов разряжения. Тем не менее, сплошная конструкция батареи заменяет эту жидкость на твердые материалы, которые выполняют ту же функцию. Этот твердый электролит может быть изготовлен из различных материалов, включая керамику, полимеры или сульфиды.

Выбор материалов твердого электролита имеет жизненно важное значение, поскольку он напрямую влияет на производительность, безопасность и производство батареи.

Полимерные электролиты изготовлены из органических материалов и имеют ряд различных преимуществ:

1. Гибкость: они могут адаптироваться к изменению объема электродов во время циклического процесса.

2. Легко изготовление: полимерные электролиты могут быть обработаны с использованием более простых и более экономичных методов.

3. Улучшенный интерфейс: они обычно формируют лучший интерфейс с электродом, тем самым снижая сопротивление.

Одной из ключевых проблем в конструкции твердотельной батареи, независимо от типа используемого твердого электролита, является оптимизация раздела между электролитом и электродом. В отличие от жидких электролитов, которые легко придерживаться поверхностей электродов, твердые электролиты должны быть тщательно разработаны для обеспечения хорошего контакта и эффективного переноса ионов.

Исследователи изучают различные стратегии для улучшения этих интерфейсов, в том числе:

1. Поверхностное покрытие: нанесите тонкое покрытие на электрод или электролите для повышения совместимости и переноса ионов.

2. Наноструктурированные интерфейсы: создайте наноразмерные особенности на интерфейсах, чтобы увеличить площадь поверхности и улучшить обмен ионов.

3. Сборка с помощью давления: контролируемое давление используется во время процесса сборки батареи для обеспечения хорошего контакта между компонентами.

Заключение:

Принцип работы твердотельных батарей-это не просто простая замена материала, а скорее парадигма революция, которая переходит от миграции ионов жидкости к твердотельному ионному проводимости. Он обеспечивает энергию более безопасно и эффективно через прочный «твердотельный ионный мост». Для беспилотников это не просто замена батареи; Это знаменует собой начало совершенно новой эры полета.

Zyebattery всегда была сосредоточена на передовых энергетических технологиях. Мы внимательно следуем за разработкой технологий следующего поколения, таких как твердые батареи, и стремимся предоставить рынок более безопасные и более мощные решения для питания беспилотников в будущем, помогая нашим клиентам летать выше, дальше и более безопасно.