Hajoaako puolijohdeakku?

Hajoaako puolijohdeakut? Kyllä – mutta eri tavalla kuin saatat odottaa

Jokainen akku hajoaa. Kuka tahansa, joka myy sinulle akun, joka ei myy, ei myy sinulle akkua – he myyvät sinulle tarinan. Todellinen kysymys UAV-operaattoreille ei ole, onkosolid-state akuthajoaa, mutta kuinka ne hajoavat, kuinka nopeasti ja onko tämä hajoamiskuvio parempi vai huonompi kaupallisissa toimissa kuin mihin olet tottunut litiumpolymeeripakkausten kanssa.

Vastaukset kaikkiin kolmeen ovat hyödyllisempiä kuin yksinkertainen kyllä ​​tai ei.

Kuinka perinteiset LiPo-akut hajoavat

Ymmärtääksesi, miksi solid-state-hajoaminen on erilaista, auttaa tuntemaan ensisijaiset mekanismit, jotka rajoittavat LiPo-akun käyttöikää.

Elektrolyytin hapettuminen on hallitseva pitkän aikavälin hajoamisreitti useimmissa LiPo-soluissa. Nestemäinen orgaaninen elektrolyytti reagoi hitaasti elektrodien pintojen kanssa toistuvien lataus-purkaussyklien aikana muodostaen kerroksen, jota kutsutaan kiinteän elektrolyytin välivaiheeksi (SEI). Tämä kerros lisää vähitellen sisäistä vastusta ja kuluttaa litiumia, joka ei voi enää osallistua energian varastointiin, mikä vähentää kapasiteettia jakso kerrallaan.

Litiumpinnoitus tapahtuu pikalatauksen tai matalan lämpötilan latauksen aikana, kun litiumionit saapuvat grafiittianodille nopeammin kuin ne voivat imeytyä. Metallinen litium kerääntyy anodin pinnalle, mikä vähentää kapasiteettia ja lisää sisäisten oikosulkujen riskiä ajan myötä.

Katodin rakenteellinen väsyminen tapahtuu, kun elektrodimateriaalien toistuva laajeneminen ja supistuminen pyöräilyn aikana aiheuttaa mikroskooppisia halkeamia katodihiukkasissa, mikä vähentää ioninvaihdolle käytettävissä olevaa pinta-alaa ja rajoittaa asteittain kapasiteettia.

Kaikki 3 näistä mekanismista yhdistyvät. 400 syklin LiPo-pakkaus ei ole vain vanhempi – se on kertynyt vaurioita kaikilta kolmelta reitiltä samanaikaisesti.

MitenSolid State -akutHajoaa eri tavalla

Nestemäisen elektrolyytin poisto muuttaa, mitkä hajoamismekanismit ovat aktiivisia ja kuinka nopeasti ne etenevät.

Elektrolyyttien hapettuminen vähenee dramaattisesti. Kiinteät elektrolyytit eivät reagoi elektrodien pintojen kanssa samalla tavalla kuin nestemäiset elektrolyytit. LiPo-kennoissa litiumkapasiteettia kuluttava SEI-muodostus joko ei muodostu tai muodostuu paljon hitaammin kiinteässä olomuodossa olevissa soluissa. Tämä on ensisijainen syy siihen, että puolijohdeakut säilyttävät paremman kapasiteetin useammilla jaksoilla – ne eivät menetä litiumia SEI:n kasvulle samalla nopeudella.

Litiumpinnoituksen dynamiikka muuttuu. Solid-state kennoissa, joissa käytetään litiummetallianodeja, litiumlevyjä ja -nauhoja luonnostaan ​​osana normaalia toimintaa. Kiinteä elektrolyytti tarjoaa fyysisen esteen dendriitin tunkeutumista vastaan, jota nestemäiset elektrolyytit eivät pysty – mikä teoriassa mahdollistaa nopeamman latauksen ilman samaa pinnoitukseen liittyvää hajoamisriskiä, ​​joka rajoittaa LiPo-latausnopeuksia.

Uusi hajoamismekanismi ilmaantuu: rajapinnan delaminaatio. Tämä on kiinteän olomuodon kemian oma haaste. Kun elektrodit laajenevat ja supistuvat pyöräilyn aikana, kiinteä elektrolyytti ei virtaa pitääkseen yhteyttä nestemäisen elektrolyytin tapaan. Elektrodin ja elektrolyytin pintojen väliin voi muodostua mikroskooppisia rakoja, mikä lisää vastusta ja vähentää ioninsiirron tehokkuutta. Nykyisen sukupolven puolijohde-UAV-akkuissa tämä rajapinnan hallinta on yksi tärkeimmistä syklin käyttöikään vaikuttavista suunnitteluhaasteista.

Mitä tämä tarkoittaa UAV-operaattoreille käytännössä

Näiden erilaisten hajoamismekanismien nettovaikutus:solid-state-akut kaupallisissa UAV-sovelluksissatyypillisesti osoittavat hitaamman kapasiteetin häipymisen jaksoa kohden kuin vastaavat LiPo-paketit – 600–900 jaksoa 80 %:n kapasiteetin säilyttämisellä verrattuna 300–500:aan LiPo:lla vastaavissa olosuhteissa.

Mutta hajoaminen ei ole näkymätöntä tai nollaa. Puolijohdepaketit menettävät kapasiteettiaan ajan myötä. Nopeus on hitaampi, mekanismit ovat erilaisia ​​ja käyttöiän lopussa käyttäytyminen on yleensä ennakoitavampaa – mutta vaihtoaikatauluja suunnittelevien operaattoreiden on silti otettava huomioon heikkeneminen sen sijaan, että oletetaan, että puolijohdepaketit toimivat ikuisesti.

Puolijohde-akkujen ennakoitavampi hajoamiskäyrä on itse asiassa hyödyllinen kaluston hallinnassa. Kapasiteetin häipyminen solid-state-kennoissa on yleensä lineaarisempaa ja vähemmän altis äkillisille pudotuksille, joita vanhenevat LiPo-pakkaukset joskus osoittavat, kun kertynyt SEI-vaurio saavuttaa kynnyksen. Tämä lineaarisuus helpottaa vaihtamisen ajoituksen suunnittelua.

ZYEBATTERYn hajoamisdokumentaatio

ZYEBATTERYtarjoaa syklin käyttöikää ja kapasiteetin säilyvyystietoja solid-state-litiumioniakuille ja korkean suorituskyvyn litiumpolymeeri-UAV-akuille todellisten käyttöolosuhteiden testauksen perusteella – ei vain laboratorioideaaleihin. Korvausbudjetteja ja kaluston hallinnan aikatauluja rakentaville operaattoreille todellisen huononemiskäyrän tunteminen on yhtä tärkeää kuin aloitussuorituskyvyn tunteminen.

Solid state -akut hajoavat. Ne vain tekevät sen hitaammin, ennakoitavammin ja eri syistä kuin LiPo-paketit, joita useimmat käyttäjät ovat tottuneet vaihtamaan.