چگونه باتری های حالت جامد از نظر ایمنی با باتری های لیتیوم یونی مقایسه می شوند؟

آیا تا به حال نگران گرمای تلفن خود یا حتی منفجر شدن در هنگام شارژ آن هستید؟ آیا تا به حال بعد از دیدن گزارش های خبری در مورد هواپیماهای بدون سرنشین به دلیل مشکلات باتری ، در مورد ایمنی باتری احساس نگرانی کرده اید؟ در میان انواع مختلف باتری های موجود ،باتری های حالت جامد و باتری های یونی لیتیوماغلب مقایسه می شوند. کدام یک امن تر است؟

برای کشف این سؤال ، ما باید با اجزای اصلی باتری ها شروع کنیم.

1. الکترولیت: خط اول دفاع برای ایمنی

باتری های لیتیوم یون به طور معمول از الکترولیتهای مایع آلی استفاده می کنند که درجه خاصی از اشتعال دارند. هنگامی که باتری در معرض ضربه مکانیکی ، شارژ بیش از حد یا درجه حرارت بالا قرار می گیرد ، مدارهای کوتاه داخلی ممکن است رخ دهد و باعث افزایش سریع دما می شود. الکترولیت مایع ممکن است گازهای قابل اشتعال را تجزیه و آزاد کند و منجر به احتراق یا حتی انفجار شود که بسیاری از آنها مربوط به بی ثباتی الکترولیت مایع است.

در مقابل ، نیمه جامد از الکترولیتهای جامد مانند سرامیک یا پلیمرها استفاده کنید ، که ثبات شیمیایی عالی و غیر قابل قبول بودن دارند. حتی در شرایط شدید ، الکترولیتهای جامد بعید به تجزیه یا نشت هستند و خطر آتش سوزی یا انفجار را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند. الکترولیتهای جامد سولفید دارای یک نقطه احتراق بیش از 500 درجه سانتیگراد هستند ، در حالی که الکترولیتهای اکسید حتی در دمای 800 درجه سانتیگراد پایدار هستند.

از نظر ساختاری ، الکترودهای موجود در باتری های یونی لیتیوم از نزدیک فاصله دارند و آنها را مستعد رشد دندریت می کند. دندریت ها کریستال های مانند درخت هستند که توسط رسوب ناهموار یون های لیتیوم بر روی سطح الکترود در هنگام شارژ و تخلیه تشکیل می شوند. 

آنها می توانند جداکننده را سوراخ کنند و باعث ایجاد مدارهای کوتاه داخلی و حوادث ایمنی شوند. در مقابل ، الکترولیتهای جامد در باتری های حالت جامد از استحکام مکانیکی بالایی برخوردار هستند و به طور موثری رشد و نفوذ دندریت را سرکوب می کنند و باعث افزایش بیشتر ایمنی باتری می شوند.

2. رقابت بقا در محیط های شدید

در دمای 20 درجه سانتیگراد ، الکترولیت مایع در باتری های لیتیوم یون چسبناک می شود و باعث کاهش شدید راندمان هدایت یون می شود. این نه تنها عمر باتری را کاهش می دهد بلکه ممکن است رشد دندریت را نیز به دلیل شارژ و تخلیه ناهموار تشدید کند. در مقابل ،باتری های حالت جامداستفاده از الکترولیت های سولفید می تواند بیش از 70 ٪ از ظرفیت خود را در دمای 40 درجه سانتیگراد حفظ کند و سرعت رشد دندریت در دماهای پایین تنها یک پنجم باتری های لیتیوم یون است.

این شکاف در محیط های درجه حرارت بالا حتی بیشتر برجسته می شود. هنگامی که دمای محیط به 45 درجه سانتیگراد برسد ، باتری های لیتیوم یون برای حفظ ایمنی به سیستم خنک کننده نیاز دارند ، در حالی که باتری های حالت جامد ، پس از 500 چرخه شارژ مداوم و تخلیه در دمای 60 درجه سانتیگراد ، تنها 3 ٪ افزایش در تخریب ظرفیت را نسبت به شرایط دمای اتاق نشان می دهند.

3. تعادل ایمنی در فرآیند تجاری سازی

با این حال ، باتری های حالت جامد در حال حاضر با برخی از چالش ها روبرو هستند.

به عنوان مثال ، هزینه های تولید آنها نسبتاً زیاد است و روند تولید پیچیده تر است که تا حدودی کاربرد در مقیاس بزرگ آنها را محدود می کند. از طرف دیگر ، باتری های لیتیوم یون سالها توسعه یافته اند ، با فناوری نسبتاً بالغ و هزینه های پایین تر ، و آنها را در بازار غالب می کند.

اگرچه باتری های حالت جامد از نظر تئوری ایمنی برتر را ارائه می دهند ، اما هنوز هم در این مرحله باید به چالش های عملی بپردازند.

مسئله امپدانس رابط باتری های حالت جامد هنوز به طور کامل برطرف نشده است ، و برخی از تولید کنندگان "تصویب کرده اند"نیمه جامد"محلول انتقالی - مقدار کمی از الکترولیت مایع برای تقویت هدایت.

انتخاب باتری اساساً انتخاب یک فلسفه ایمنی است: باتری های لیتیوم یون مانند چاقوهای ارتش با دقت سوئیس هستند و از طریق اقدامات محافظ پیچیده ، به ایمنی قابل کنترل دست می یابند. باتری های حالت جامد مانند یک سنگ جامد هستند ، ذاتاً پایدار و در برابر خطرات مقاوم هستند.

به طور کلی ، از نظر ایمنی ، حالت جامد در واقع به دلیل ویژگی های الکترولیت های حالت جامد و طراحی ساختاری برتر ، نسبت به باتری های لیتیوم یون مزیت دارد. با پیشرفت فناوری ، انتظار می رود هزینه باتری های حالت جامد به تدریج کاهش یابد ، و ممکن است در نهایت باتری های لیتیوم یون را در کاربردهای بیشتر جایگزین کنند و راه حل های انرژی ایمن تری برای زندگی ما فراهم می کند.  

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد حالت جامد یا گزینه های نیازهای خاص خود را کاوش کنید؟ تیم ما در Zye برای کمک به اینجا است.

ما در فن آوری های باتری برش تخصص داریم و می توانیم راهنمایی های متخصص در انتخاب راه حل مناسب برای برنامه شما ارائه دهیم.

دریغ نکنید که به ما دسترسی پیدا کنید coco@zyepower.com برای اطلاعات بیشتر یا بحث در مورد نیازهای خود. بیایید آینده را با هم نیرو بگیریم!