Используют ли твердотельные батареи графит?

Используют ли твердотельные батареи графит?

Ответ зависит – и это важно дляПроизводительность БПЛА

Большинство людей, задающих этот вопрос, пытаются понять, что на самом деле находится внутри твердотельной батареи по сравнению с обычной. Это разумная вещь, которую стоит знать, особенно если вы принимаете решения о закупках на основе заявлений о производительности, касающихся плотности энергии, срока службы или возможности зарядки.

Прямой ответ: некоторыетвердотельные батареииспользуют графитовые аноды, а некоторые нет. От того, какой тип вы рассматриваете, существенно зависит ожидаемое преимущество в производительности, а понимание разницы помогает избавиться от маркетингового языка, который часто скрывает то, что вы на самом деле покупаете.

Почему графит важен в обычных литиевых батареях

В стандартных литий-полимерных и литий-ионных батареях графит является анодным материалом по умолчанию. Ионы лития внедряются в структуру графита во время зарядки (по сути, проскальзывают между слоями атомов углерода) и высвобождаются обратно во время разряда. Графит широко распространен, относительно недорог, хорошо изучен и уже 30 лет является отраслевым стандартным анодным материалом.

Ограничением графита является его потолок хранения энергии. Каждый графитовый блок может вмещать только фиксированное количество ионов лития в зависимости от его кристаллической структуры. Этот предел устанавливает потолок плотности энергии любой батареи с графитовыми анодами — примерно от 200 до 260 Втч/кг на уровне упаковки для качественных литий-полимерных батарей, которые в настоящее время производятся.

Твердотельное тело первого поколения: графитовые аноды все еще присутствуют

Первый коммерчески жизнеспособныйтвердотельные батареи— включая многие доступные в настоящее время твердотельные батареи для БПЛА — сохраняйте графитовые аноды и заменяйте только электролит. Жидкий органический электролит заменен на твердый материал, но архитектура электродов остается узнаваемой.

Этот подход практичен, поскольку позволяет производителям адаптировать существующие процессы производства электродов, а не разрабатывать совершенно новые. Твердый электролит по-прежнему обеспечивает значительное улучшение безопасности и срока службы по сравнению с эквивалентами с жидким электролитом, устраняя риск термического выхода из-под контроля легковоспламеняющегося жидкого электролита и уменьшая образование SEI, которое с течением времени разрушает графитовые аноды в LiPo-элементах.

Чего эта конструкция не обеспечивает, так это максимального преимущества плотности энергии, связанного с твердотельной технологией. Потолок накопления энергии при использовании графитовых анодов аналогичен обычным литий-ионным батареям. Повышение плотности энергии на уровне упаковки происходит в первую очередь за счет уменьшения веса электролита и более плотной упаковки, а не за счет принципиально более высокой емкости анода.

Твердотельное тело следующего поколения: литий-металлические аноды без графита

Версия технологии твердотельных аккумуляторов, которая обеспечивает показатели плотности энергии, фигурирующие в заголовках отраслевых новостей, полностью заменяет графит литий-металлическими анодами.

Металлический литий сохраняет примерно в 10 раз больше энергии на грамм, чем графит. Батарея с литий-металлическим анодом вместо графитового анода теоретически может обеспечить значительно более высокую плотность энергии — отсюда и цифры от 350 до 400+ Втч/кг для современных твердотельных батарей.

Твердый электролит необходим для этой конструкции. В батареях с жидким электролитом металлические литий-аноды создают рост дендритов — металлических нитей, которые в конечном итоге вызывают короткие замыкания. Твердые электролиты обеспечивают физический барьер, который подавляет проникновение дендритов, что делает литий-металлические аноды жизнеспособными, чего нет в обычных литий-полимерных элементах.

Эта архитектура обеспечивает как преимущество в плотности энергии, так и улучшение профиля безопасности, связанное с наиболее эффективными твердотельными батареями.

Что это означает при оценке твердотельных батарей для БПЛА

Когда производитель описывает свой продукт как «твердотельный аккумулятор», вопрос о графите стоит задать конкретно:

В этой батарее используется графитовый анод или литий-металлический анод?

Твердотельная батарея с графитовым анодом обеспечивает повышенную безопасность и срок службы по сравнению с LiPo (значительные преимущества), но не максимальное улучшение плотности энергии, на которое способна технология. Твердотельная батарея с литий-металлическим анодом обеспечивает полное преимущество плотности энергии наряду с повышением безопасности.

Для операторов БПЛА, где выносливость является основным ограничением, это различие определяет, действительно ли твердотельная модернизация существенно продлевает время полета или в первую очередь повышает безопасность и долговечность без изменения энергетического уравнения.

Архитектура твердотельной батареи для БПЛА ZYEBATTERY

ZYEBATTERYразрабатывает твердотельные литий-ионные аккумуляторы для БПЛА с документированной архитектурой анодов, поскольку для операторов, сравнивающих заявления о плотности энергии разных поставщиков, знание того, основаны ли эти заявления на конструкции анода из графита или металлического лития, является частью понимания того, что вы на самом деле покупаете.

На вопрос о графите есть конкретный ответ для каждой твердотельной батареи. Убедитесь, что он у вас есть, прежде чем принимать решение о покупке.