Kuinka droonien solid-state-litiumparistot toimivat?

Vaikka perinteisistä litiumpolymeerien (LIPO) paristoista on tullut valtavirta, niiden turvallisuus- ja energiatiheyspullonkaulat ovat muuttuneet yhä näkyviksi. Toisin kuin perinteiset litium-ion-akut, jotka luottavat nestemäisiin elektrolyytteihin, kiinteiden tilan akut omaksuvat täysin erilaisen lähestymistavan. Tämän innovatiivisen suunnittelun odotetaan tarjoavan korkeampaa energiatiheyttä, suurempaa turvallisuutta ja pidemmän käyttöiän.

Kiinteän tilan paristot siirtyvät laboratoriosta sovellusten eturintamaan. Joten kuinka tarkalleen tämä erittäin odotettu tekniikka toimii? Kuinka se muuttaa droonien tulevaisuutta?

Kiinteän tilan paristojen työprosessi on makroskooppisesti samanlainen kuin litium-polymeeriparistojen, jotka sisältävät edelleen litiumionien siirtymistä positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä. Mikrotason toteutusmenetelmät tuottavat kuitenkin eroeron.

Kiinteät elektrolyyttit: Ne on yleensä valmistettu erityisistä kiinteistä materiaaleista, kuten keramiikasta, sulfideista tai polymeereistä. Näillä materiaaleilla on erittäin korkea ioninen johtavuus, mikä mahdollistaa litiumionien läpikäymisen nopeasti samalla eristäen elektroneja, yhdistäen täydellisesti johtamisen ja eristämisen kaksi päätoimintoa.

Suuren kapasiteetin elektrodi

Anodin innovaatio: Yksi mielenkiintoisimmista potentiaaleista solid-state-paristojen on kyky käyttää suoraan litiummetallia anodina. Tämä johtuu siitä, että kiinteä elektrolyytti voi tehokkaasti estää litium -dendriittien kasvua, ja dendriittien tunkeutuminen erottimen läpi on tärkein syy lyhytaikaisiin piireihin ja tulipaloihin nestemäisissä paristoissa.

Positiivinen elektrodin päivitys: Yhdistämällä korkeajännite- ja korkean kapasiteetin positiiviset elektrodimateriaalit (kuten korkean nivelten ternaarinen, litiumrikas mangaanipohjainen tai jopa rikkipositiiviset elektrodit), koko akkujärjestelmän energiapotentiaali voidaan hyödyntää täysin.

Työprosessi

Kun akku ladataan tai puretaan, litiumioulit (li⁺) liikkuvat edestakaisin positiivisten ja negatiivisten elektrodien välillä sähkökentän vaikutuksesta kiinteän elektrolyytin läpi, joka toimii kiinteänä "siltana". Elektronit (E⁻) Virtaa ulkoisen piirin läpi muodostaen siten sähkövirran miehittämättömän ilma -ajoneuvon virran saamiseksi.

Mikä voi korvata nestemäisten elektrolyyttien kiinteän tilan akun suunnittelussa?

Perinteisissä litium-ioni-akkuissa nestemäinen elektrolyytti toimii väliaineena ionien leviämiselle anodin ja katodin välillä lataus- ja purkamisjaksojen aikana. Kiinteän tilan akun suunnittelu korvaa tämän nesteen kuitenkin kiinteillä materiaaleilla, jotka suorittavat saman toiminnon. Tämä kiinteä elektrolyytti voidaan valmistaa erilaisista materiaaleista, mukaan lukien keramiikka, polymeerit tai sulfidit.

Kiinteän elektrolyyttimateriaalin valinta on elintärkeää, koska se vaikuttaa suoraan akun suorituskykyyn, turvallisuuteen ja valmistettavuuteen.

Polymeerielektrolyytit on valmistettu orgaanisista materiaaleista, ja niissä on sarja erilaisia ​​etuja:

1. Joustavuus: Ne voivat sopeutua elektrodien tilavuusmuutoksiin pyöräilyprosessin aikana.

2. Helppo valmistaa: Polymeerielektrolyyttejä voidaan prosessoida yksinkertaisemmilla ja kustannustehokkaammilla menetelmillä.

3. Parannettu rajapinta: Ne muodostavat yleensä paremman rajapinnan elektrodiin, vähentäen siten vastus.

Yksi kiinteän tilan akun suunnittelun keskeisistä haasteista käytetyn kiinteän elektrolyytin tyypistä riippumatta on elektrolyytin ja elektrodin välinen rajapinta. Toisin kuin nestemäiset elektrolyytit, jotka on helppo tarttua elektrodipintoihin, kiinteät elektrolyyttit on suunniteltava huolellisesti hyvän kontaktin ja tehokkaan ioninsiirron varmistamiseksi.

Tutkijat tutkivat erilaisia ​​strategioita näiden rajapintojen parantamiseksi, mukaan lukien:

1. Pintapäällyste: Levitä ohut pinnoite elektrodiin tai elektrolyyttiin yhteensopivuuden ja ioninsiirron parantamiseksi.

2.

3. Paineavusteinen kokoonpano: Akun kokoonpanoprosessin aikana käytetään ohjattua painetta komponenttien välisen hyvän kontaktin varmistamiseksi.

Päätelmä:

Kiinteän state-paristojen toimintaperiaate ei ole pelkästään yksinkertainen materiaalin korvaaminen, vaan pikemminkin paradigman vallankumous, joka siirtyy nestemäisestä ionin kulkeutumisesta kiinteän tilan ionin johtavuuteen. Se toimittaa energiaa turvallisemmin ja tehokkaammin tukevan "kiinteän tilan ionisillan" kautta. Droonien osalta tämä ei ole pelkästään akun vaihtamista; Se merkitsee aivan uuden lennon aikakauden alkua.

Zyebattery on aina keskittynyt huippuluokan energiateknologioihin. Seuraamme tiiviisti seuraavan sukupolven tekniikan, kuten kiinteän tilan akkujen, kehitystä ja olemme sitoutuneet tarjoamaan markkinoille turvallisempia ja tehokkaampia drone-voimaratkaisuja tulevaisuudessa auttamalla asiakkaitamme lentämään korkeammalle, kauemmaksi ja turvallisemmin.