Käyttääkö solid-state-akku litiumia?

Onko aSolid State -akkuKäytätkö litiumia? 

Kyllä – Mutta ei samalla tavalla

Kyllä,solid-state akutkäytä litiumia. Se osa on suoraviivainen. Mielenkiintoisempaa - ja hyödyllisempää kaikille, jotka yrittävät ymmärtää, miksi solid-state-akut toimivat eri tavalla kuin perinteiset - on, miten litiumia käytetään, ja mikä muuttuu, kun siirryt nestemäisestä elektrolyyttirakenteesta kiinteään.

Ero ei ole vain tekniset yksityiskohdat. Se selittää suorituskykyä koskevat väitteet, joita näet solid-state-akkujen markkinoinnissa, ja auttaa sinua arvioimaan, pätevätkö väitteet tarkastelemaasi akkua.

Litiumin rooli kaikissa akuissa

Jokaisessa litiumakussa – kiinteässä olomuodossa tai perinteisessä – litium on toimiva ioni. Latauksen aikana litiumionit poistuvat katodista (positiivinen elektrodi), kulkevat elektrolyytin läpi ja varastoidaan anodille (negatiivinen elektrodi). Purkauksen aikana prosessi kääntyy päinvastaiseksi: litiumionit siirtyvät anodista takaisin elektrolyytin kautta katodille, ja liikkeessä vapautuva energia saa dronin voiman.

Elektrolyytin tehtävänä on yksinkertaisesti päästää litiumioneja kulkemaan sen läpi samalla kun ne estävät elektroneja – jotka sen sijaan pakotetaan kulkemaan ulkoisen piirin läpi antamaan moottoreille virtaa. Olipa tämä elektrolyytti nestemäistä tai kiinteää, litium tekee saman perustyön.

Muutoksia on se, missä litium varastoidaan anodissa ja kuinka tehokkaasti varastointi tapahtuu.

Kuinka perinteiset akut varastoivat litiumia anodilla

Tavallisissa litiumpolymeeriakuissa anodi on valmistettu grafiitista. Litiumionit eivät vain keräänty grafiitin pinnalle – ne interkaloituvat, mikä tarkoittaa, että ne liukuvat hiiliatomikerrosten välissä grafiittikiderakenteessa. Jokainen grafiittiyksikkö voi sisältää vain kiinteän määrän litiumioneja, joka määräytyy sen kidegeometrian mukaan.

Tämä interkalaatiomekanismi on vakaa ja hyvin ymmärretty, mutta se asettaa kovan katon sille, kuinka paljon litiumia grafiittianodi voi varastoida materiaaligrammaa kohti. Tämä katto on osa sitä, mikä rajoittaa perinteisten LiPo-akkujen energiatiheyden noin 200-260 Wh/kg:iin pakkaustasolla – riippumatta siitä, kuinka hyvä muu rakenne on.

Kuinka puolijohdeakut voivat käyttää litiumia eri tavalla

Tässä solid-state-suunnittelu luo mielekkään suoritusmahdollisuuden.

Koska kiinteät elektrolyytit voivat fyysisesti estää dendriitin tunkeutumisen – metallisäikeet, jotka tekevät litiummetallianodeista vaarallisia nestemäisissä elektrolyyttiakuissa – solid-state-akut voivat korvata grafiittianodit puhtaalla litiummetallilla.

Litiummetalli ei välity. Se pinnoittaa ja liukuu suoraan bulkkimetalliksi latauksen ja purkauksen aikana. Ja litiummetalli varastoi noin 10 kertaa enemmän litiumioneja grammaa kohti kuin grafiitti.

Tulos: litiummetallianodilla varustettu solid-state-akku ei osu samaan energiatiheyskattoon kuin grafiittianodimalli. Tämä on arkkitehtuuri 350–400+ Wh/kg:n pakkaustason energiatiheyslukujen takana, jotka liittyvät kehittyneisiin solid-state-akkuihin – lukuja, joita ei voida saavuttaa grafiittianodeilla elektrolyytin tyypistä riippumatta.

Miksi tällä erolla on merkitystä arvioitaessa tuotteita

Kaikissa solid-state-akuissa ei käytetä litiummetallianodeja. Ensimmäisen sukupolven solid-state-malleissa usein säilytetään grafiittianodit ja vain korvataan elektrolyytti. Nämä akut tarjoavat paremman turvallisuuden ja käyttöiän LiPoon verrattuna – todellisia etuja – mutta niiden energiatiheys on samanlainen kuin tavanomaisten litiumioniakkujen, ei dramaattisesti korkeampi.

Kun näet puolijohdeakun, joka väittää 350+ Wh/kg, litiummetallianodi on tämän luvun takana. Kun näet yhden väittävän 210–240 Wh/kg, se käyttää lähes varmasti grafiittia – elektrolyytti vaihtui, mutta anodi ei.

UAV-operaattoreille, jotka valitsevat puolijohdevaihtoehtojen välillä, kysyvät "käytetäänkö tässä akussa litiummetallianodia vai grafiittia?" kertoo välittömästi, perustuvatko energiatiheysvaatimukset täyteen kiinteän olomuodon etuun vai vain elektrolyyttikorvaukseen.

ZYEBATTERYn anodiarkkitehtuuridokumentaatio

ZYEBATTERYtarjoaa anodiarkkitehtuurin tekniset tiedot solid-state-litiumioni- ja korkean suorituskyvyn litiumpolymeeri-UAV-akuille – koska sen tietäminen, onko anodilla litiummetallia vai grafiittia, määrittää, ovatko teknisissä tiedoissa olevat energiatiheysluvut täysin solid-state-suunnittelusta vai hybridilähestymistavasta.

Solid state -akutkäytä litiumia. Hyödyllisempi kysymys on missä ja miten - ja siihen kysymykseen on tarkka, dokumentoitava vastaus.