Hoe werken drone-lithiumbatterijen met een vaste toestand?

Hoewel traditionele lithiumpolymeer (lipo) batterijen mainstream zijn geworden, zijn hun knelpunten van de veiligheid en energiedichtheid steeds prominenter geworden. In tegenstelling tot traditionele lithium-ionbatterijen die afhankelijk zijn van vloeibare elektrolyten, hanteren vaste statenbatterijen een compleet andere aanpak. Dit innovatieve ontwerp zal naar verwachting een hogere energiedichtheid, grotere veiligheid en een langere levensduur bieden.

Solid-state batterijen gaan van het laboratorium naar de voorhoede van toepassingen. Dus, hoe werkt deze langverwachte technologie precies? Hoe zal het de toekomst van drones veranderen?

Het werkproces van vaste statenbatterijen is macroscopisch vergelijkbaar met dat van lithium-polymeerbatterijen, die nog steeds de migratie van lithiumionen tussen de positieve en negatieve elektroden omvatten. De implementatiemethoden op microniveau brengen echter een wereld van verschil teweeg.

Solide elektrolyten: ze zijn meestal gemaakt van speciale vaste materialen zoals keramiek, sulfiden of polymeren. Deze materialen hebben een extreem hoge ionische geleidbaarheid, waardoor lithiumionen snel kunnen passeren terwijl ze ook elektronen isoleren, perfect de twee belangrijkste functies van geleiding en isolatie combineren.

High-capaciteit elektrode

Anode-innovatie: een van de meest opwindende potentialen van solid-state batterijen is de mogelijkheid om lithiummetaal direct als anode te gebruiken. Dit komt omdat de vaste elektrolyt de groei van lithiumdendrieten effectief kan remmen en de penetratie van dendrieten door de separator de belangrijkste oorzaak is van kortsluiting en branden in vloeibare batterijen.

Positieve elektrode-upgrade: door hoge spanning en positieve elektrodematerialen met hoge capaciteit te combineren (zoals ternaire, lithiumrijke mangaangebaseerde of zelfs zwavel-positieve elektroden), kan het energiepotentiaal van het hele batterijsysteem volledig worden benut.

Werkproces

Wanneer een batterij wordt opgeladen of ontladen, bewegen lithiumionen (li⁺) heen en weer tussen de positieve en negatieve elektroden onder invloed van een elektrisch veld door de vaste elektrolyt, die dient als een vaste "brug". Elektronen (E⁻) stromen door het externe circuit, waardoor een elektrische stroom wordt gevormd om het onbemande luchtvoertuig van stroom te voorzien.

Wat kan vloeibare elektrolyten in vaste toestand batterijontwerp vervangen?

In traditionele lithium-ionbatterijen dient de vloeibare elektrolyt als het medium voor de verspreiding van ionen tussen de anode en kathode tijdens het laden en ontladen van cycli. Het ontwerpen van vaste toestand vervangt deze vloeistof echter deze vloeistof door vaste materialen die dezelfde functie uitvoeren. Deze vaste elektrolyt kan worden gemaakt van verschillende materialen, waaronder keramiek, polymeren of sulfiden.

De selectie van vaste elektrolytmaterialen is van vitaal belang omdat het direct de prestaties, veiligheid en de productie van de batterij beïnvloedt.

Polymeerelektrolyten zijn gemaakt van organische materialen en hebben een reeks verschillende voordelen:

1. Flexibiliteit: ze kunnen zich aanpassen aan de volumeveranderingen van elektroden tijdens het fietsproces.

2. Gemakkelijk te produceren: polymeerelektrolyten kunnen worden verwerkt met behulp van eenvoudiger en meer kosteneffectieve methoden.

3. Verbeterde interface: ze vormen meestal een betere interface met de elektrode, waardoor de weerstand wordt verminderd.

Een van de belangrijkste uitdagingen in het ontwerp van solid-state batterij, ongeacht het type vaste elektrolyt, is om de interface tussen de elektrolyt en de elektrode te optimaliseren. In tegenstelling tot vloeibare elektrolyten die gemakkelijk te hechten zijn aan elektrode -oppervlakken, moeten vaste elektrolyten zorgvuldig worden ontworpen om goed contact en efficiënte ionenoverdracht te garanderen.

Onderzoekers onderzoeken verschillende strategieën om deze interfaces te verbeteren, waaronder:

1. Oppervlaktecoating: breng een dunne coating aan op de elektrode of elektrolyt om de compatibiliteit en ionenoverdracht te verbeteren.

2. Nanostructureerde interfaces: maak functies op nanoschaal op de interfaces om het oppervlak te vergroten en de ionenuitwisseling te verbeteren.

3. Drukondersteunde montage: Gecontroleerde druk wordt gebruikt tijdens het batterijassemblageproces om een ​​goed contact tussen componenten te garanderen.

Conclusie:

Het werkende principe van vaste statenbatterijen is niet alleen een eenvoudige materiaalvervanging, maar eerder een paradigma-revolutie die verschuift van vloeibare ionenmigratie naar iongeleiding van vaste toestand. Het levert energie veiliger en efficiënter door een stevige "solid-state ionbrug". Voor drones gaat dit niet alleen over het vervangen van een batterij; Het markeert het begin van een gloednieuw tijdperk van vlucht.

Zyebattery is altijd gericht geweest op geavanceerde energietechnologieën. We volgen de ontwikkeling van de volgende generatie technologieën zoals solid-state batterijen nauwlettend en zijn toegewijd om de markt in de toekomst veiliger en krachtigere drone-power-oplossingen te bieden, waardoor onze klanten hoger, verder en veiliger kunnen vliegen.