Kuinka solid-state-akku toimii?

Miten aSolid State -akkuTyötä? Selkeä selitys UAV-käyttäjille

Ymmärtää kuinka asolid-state akkutyöt eivät vaadi kemian tutkintoa. Se edellyttää yhden keskeisen eron ymmärtämistä jo tuttuihin akkuihin verrattuna – ja sitten sen logiikan seuraamista, mitä ero muuttaa.

Tässä on selkein selitys solid-state-akun toiminnasta, kirjoitettu ihmisille, jotka lentävät droneja ennemmin kuin niitä rakentaville.

Aloita siitä, mitä jokainen akku tekee

Jokainen akku - puhelimen akku,dronin akku, auton akku - tekee saman perustyön. Se varastoi kemiallista energiaa ja muuntaa sen sähköenergiaksi tarpeen mukaan.

Jokaisen litiumakun sisällä on 3 olennaista komponenttia: positiivinen elektrodi nimeltä katodi, negatiivinen elektrodi, jota kutsutaan anodiksi, ja keskikerros, jota kutsutaan elektrolyytiksi, joka sijaitsee niiden välissä. Latauksen aikana litiumionit liikkuvat katodista elektrolyytin läpi anodille varastoimalla energiaa tässä järjestelyssä. Purkauksen aikana nämä ionit liikkuvat takaisin vastakkaiseen suuntaan, ja liikkeessä vapautuva energia saa voiman dronin moottoreille.

Elektrolyytin tehtävä on erityinen: anna litiumionien kulkea läpi, mutta estää elektronit. Elektronien on kuljettava ulkoisen piirin läpi - moottorin ohjaimien, moottoreiden ja lentoelektroniikan kautta - ja siten ne tekevät hyödyllistä työtä. Jos elektronit voisivat ylittää elektrolyytin suoraan, akku oikosuluisi välittömästi.

Mikä tekee kiinteästä olomuodosta erilaisen

Perinteisissä litiumpolymeeriakuissa elektrolyytti on nestettä tai geeliä – erityisesti orgaaninen liuotin, joka sisältää liuenneita litiumsuoloja. Se toimii hyvin. Se on myös syttyvää, lämpötilaherkkää ja hajoaa ajan myötä kemiallisissa reaktioissa elektrodipintojen kanssa.

Puolijohdeakku korvaa nesteen kiinteällä materiaalilla. Kiinteä elektrolyytti tekee edelleen täsmälleen saman työn - päästää litiumionien kulkemaan samalla kun se estää elektroneja - mutta se tekee sen täysin erilaisen fysikaalisen mekanismin kautta.

Sen sijaan, että ionit ajautuisivat nesteen läpi, ne liikkuvat kiteisen tai amorfisen kiinteän rakenteen läpi hyppien materiaalissa olevien ioneja johtavien kohtien välillä. Elektrolyytin kemiasta riippuen nämä kiinteät materiaalit voivat olla keramiikkaa (kuten LLZO - litiumlantaani-zirkoniumoksidi), polymeerejä tai sulfidiyhdisteitä. Jokaisella on erilainen ioninjohtavuus, lämpötilan suorituskyky ja valmistusominaisuudet.

Mitä suorituskyky muuttuu

Koska elektrolyytti on nyt kiinteää, useat asiat muuttuvat samanaikaisesti:

Tulipalon riski pienenee merkittävästi. Orgaanista liuotinta, joka tekee nestemäisistä elektrolyyteistä syttyviä, ei ole läsnä. Litiumpariston tulipalon aiheuttavassa termisessä pakosarjassa ei ole mitään syttyvää. Mekaanisesti vaurioitunut solid-state kenno menettää toimintansa sen sijaan, että siitä tulee palovaara.

Kennoon mahtuu litiummetallianodi. Nesteelektrolyyttiakuissa litiummetallianodit aiheuttavat dendriitin kasvua – metallisäikeitä, jotka lopulta oikosulkevat kennon. Kiinteät elektrolyytit ovat riittävän tiheitä estämään fyysisesti dendriitin tunkeutumisen, mikä tekee litiummetallianodeista elinkelpoisia. Litiummetalli varastoi noin 10 kertaa enemmän energiaa grammaa kohti kuin perinteisissä akuissa käytetyt grafiittianodit – mikä on puolijohdeakun energiatiheysedun lähde.

Hajoaminen hidastuu. Nestemäiset elektrolyytit reagoivat vähitellen elektrodien pintojen kanssa satojen latausjaksojen aikana muodostaen kerroksia, jotka lisäävät sisäistä vastusta ja vähentävät kapasiteettia. Kiinteät elektrolyytit ovat kemiallisesti vakaampia ja reagoivat hitaammin elektrodimateriaalien kanssa. Tämän vakauden vuoksi solid-state-akut osoittavat pidemmän käyttöiän vertailukelpoisissa käyttöolosuhteissa.

Mikä ei ole muuttunut

Perustoiminto – litiumionit liikkuvat edestakaisin katodin ja anodin välillä elektrolyytin läpi – on identtinen kaikkien aiemmin käyttämiesi litiumakkujen kanssa. Jännitealue on samanlainen. Lataus- ja purkuprosessi noudattaa samoja periaatteita. Akku tarvitsee edelleen akun hallintajärjestelmän kennojen jännitteiden tarkkailemiseksi, tasapainotuksen hallitsemiseksi ja väärinkäyttöolosuhteilta suojaamiseksi.

Kiinteä olomuoto ei ole erilainen energian varastointi. Se on samaa tyyppiä, ja yksi komponentti - elektrolyytti - on suunniteltu uudelleen tavalla, joka poistaa tavanomaisen litiumakun kemian merkittävimmät rajoitukset.

ZYEBATTERYn Solid State UAV -akut

ZYEBATTERYkehittää solid-state-litiumioni- ja korkean suorituskyvyn litiumpolymeeri-UAV-akkuja kaupallisiin drone-sovelluksiin. Tekniikan toiminnan ymmärtäminen on lähtökohta ymmärtääksesi, miksi suorituskykyominaisuudet eroavat – ja tehdä akkupäätöksiä todellisen ymmärryksen perusteella pelkkien teknisten arkkien numeroiden sijaan.