Использует ли твердотельный аккумулятор литий?

Есть лиТвердотельный аккумуляторИспользовать литий? 

Да, но не таким же образом

Да,твердотельные батареииспользуйте литий. Эта часть проста. Что еще интереснее (и полезнее для тех, кто пытается понять, почему твердотельные батареи работают иначе, чем обычные), так это то, как используется литий и что меняется при переходе от конструкции с жидким электролитом к конструкции с твердым электролитом.

Разница не только в инженерных деталях. Он объясняет заявления о производительности, которые вы видите при маркетинге твердотельных батарей, и помогает вам оценить, применимы ли эти заявления к конкретной батарее, которую вы рассматриваете.

Роль лития в любой батарее

В каждой литиевой батарее — твердотельной или обычной — литий является рабочим ионом. Во время зарядки ионы лития покидают катод (положительный электрод), проходят через электролит и накапливаются в аноде (отрицательный электрод). Во время разряда этот процесс обратный: ионы лития движутся от анода обратно через электролит к катоду, и энергия, выделяемая при этом движении, приводит в действие дрон.

Задача электролита состоит в том, чтобы просто пропускать через себя ионы лития, блокируя при этом электроны, которые вместо этого вынуждены проходить через внешнюю цепь, питая двигатели. Независимо от того, является ли этот электролит жидким или твердым, литий выполняет одну и ту же фундаментальную работу.

Что изменится, так это то, где литий хранится в аноде и насколько эффективно происходит это хранение.

Как обычные батареи хранят литий на аноде

В стандартных литий-полимерных батареях анод выполнен из графита. Ионы лития не просто накапливаются на графите — они интеркалируют, то есть проскальзывают между слоями атомов углерода в кристаллической структуре графита. Каждый графитовый элемент может содержать только фиксированное количество ионов лития, определяемое его кристаллической геометрией.

Этот механизм интеркаляции стабилен и хорошо понятен, но он устанавливает жесткий потолок того, сколько лития может хранить графитовый анод на грамм материала. Этот потолок является частью того, что ограничивает плотность энергии обычных LiPo-батарей примерно до 200–260 Втч/кг на уровне упаковки — независимо от того, насколько хороша остальная часть конструкции.

Как твердотельные батареи могут использовать литий по-другому

Именно здесь твердотельный дизайн создает значимые возможности повышения производительности.

Поскольку твердые электролиты могут физически блокировать проникновение дендритов — металлических нитей, которые делают литий-металлические аноды опасными в батареях с жидким электролитом, — твердотельные батареи могут заменить графитовые аноды чистым металлическим литием.

Металлический литий не интеркалируется. Он производит пластину и полосу непосредственно в виде сыпучего металла во время загрузки и разгрузки. А металлический литий хранит примерно в 10 раз больше ионов лития на грамм, чем графит.

Результат: твердотельная батарея с литий-металлическим анодом не достигает того же потолка плотности энергии, что и конструкция с графитовым анодом. Именно эта архитектура лежит в основе показателей плотности энергии на уровне упаковки от 350 до 400+ Втч/кг, связанных с современными твердотельными батареями — цифр, которые недостижимы с графитовыми анодами, независимо от типа электролита.

Почему это различие важно при оценке продуктов

Не во всех твердотельных батареях используются литий-металлические аноды. Твердотельные конструкции первого поколения часто сохраняют графитовые аноды и заменяют только электролит. Эти батареи обеспечивают повышенную безопасность и срок службы по сравнению с LiPo — настоящие преимущества — но их плотность энергии аналогична обычным литий-ионным батареям, а не значительно выше.

Когда вы видите твердотельную батарею с заявленной емкостью 350+ Втч/кг, литий-металлический анод отстает от этого числа. Когда вы видите один, заявленный от 210 до 240 Втч/кг, это почти наверняка использует графит — электролит менялся, а анод — нет.

Операторам БПЛА, выбирающим между полупроводниковыми вариантами, следует задать вопрос: «Использует ли эта батарея литий-металлический анод или графит?» сразу скажет вам, основаны ли заявления о плотности энергии на полном преимуществе твердого состояния или только на замене электролита.

Документация по архитектуре анода ZYEBATTERY

ZYEBATTERYпредоставляет спецификации архитектуры анода для твердотельных литий-ионных и высокопроизводительных литий-полимерных батарей для БПЛА, поскольку знание того, находится ли на аноде металлический литий или графит, определяет, взяты ли значения плотности энергии в спецификации из полностью твердотельной конструкции или гибридного подхода.

Твердотельные батареииспользуйте литий. Более полезный вопрос — где и как — и на этот вопрос есть конкретный, документально подтвержденный ответ.