باتری های لیتیوم با حالت جامد چگونه کار می کنند؟

اگرچه باتری های سنتی لیتیوم پلیمر (LIPO) به جریان اصلی تبدیل شده اند ، تنگناهای ایمنی و چگالی انرژی آنها به طور فزاینده ای برجسته شده است. بر خلاف باتری های سنتی لیتیوم یون که به الکترولیت های مایع متکی هستند ، باتری های حالت جامد رویکرد کاملاً متفاوتی را اتخاذ می کنند. پیش بینی می شود این طرح نوآورانه چگالی انرژی بالاتری ، ایمنی بیشتر و عمر خدمات طولانی تری داشته باشد.

باتری های حالت جامد از آزمایشگاه به خط مقدم برنامه ها در حال حرکت هستند. بنابراین ، این فناوری بسیار پیش بینی شده دقیقاً چگونه کار می کند؟ چگونه آینده هواپیماهای بدون سرنشین را تغییر خواهد داد؟

فرآیند کار باتری های حالت جامد از نظر ماکروسکوپی شبیه به باتری های لیتیوم-پلیمر است که هنوز هم شامل مهاجرت یون های لیتیوم بین الکترودهای مثبت و منفی است. با این حال ، روش های اجرای در سطح خرد ، دنیای تفاوت را به وجود می آورد.

الکترولیتهای جامد: آنها معمولاً از مواد جامد ویژه مانند سرامیک ، سولفیدها یا پلیمرها ساخته می شوند. این مواد دارای رسانایی یونی بسیار بالایی هستند و به یونهای لیتیوم اجازه می دهند به سرعت از طریق الکترون های عایق عبور کنند ، و همچنین دو عملکرد اصلی هدایت و انزوا را ترکیب می کنند.

الکترود با ظرفیت بالا

نوآوری آند: یکی از جالب ترین پتانسیل های باتری های حالت جامد ، امکان استفاده مستقیم از فلز لیتیوم به عنوان آند است. این امر به این دلیل است که الکترولیت جامد می تواند به طور موثری رشد دندریت های لیتیوم را مهار کند ، و نفوذ دندریت ها از طریق جداکننده علت اصلی مدارهای کوتاه و آتش سوزی در باتری های مایع است.

به روزرسانی الکترود مثبت: با ترکیب مواد الکترود مثبت با ولتاژ بالا و با ظرفیت بالا (مانند الکترودهای سه گانه نیش دار ، غنی از لیتیوم مبتنی بر منگنز یا حتی گوگرد مثبت) ، پتانسیل انرژی کل سیستم باتری را می توان به طور کامل مورد سوء استفاده قرار داد.

روند کار

هنگامی که یک باتری شارژ یا تخلیه می شود ، یون های لیتیوم (Li⁺) بین الکترودهای مثبت و منفی تحت تأثیر یک میدان الکتریکی از طریق الکترولیت جامد ، که به عنوان یک "پل" جامد عمل می کند ، به عقب و جلو حرکت می کنند. الکترونها (E⁻) از طریق مدار خارجی جریان می یابند و از این طریق جریان الکتریکی را برای برقراری وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین تشکیل می دهند.

در طراحی باتری حالت جامد ، چه چیزی می تواند الکترولیت های مایع را جایگزین کند؟

در باتری های لیتیوم یون سنتی ، الکترولیت مایع به عنوان واسطه انتشار یون ها بین آند و کاتد در طی چرخه شارژ و تخلیه است. با این حال ، طراحی باتری حالت جامد این مایع را با مواد جامد جایگزین می کند که همان عملکرد را انجام می دهند. این الکترولیت جامد را می توان از مواد مختلفی از جمله سرامیک ، پلیمرها یا سولفیدها تهیه کرد.

انتخاب مواد الکترولیت جامد از اهمیت حیاتی برخوردار است زیرا مستقیماً بر عملکرد ، ایمنی و تولید باتری تأثیر می گذارد.

الکترولیتهای پلیمری از مواد آلی ساخته شده و دارای یک سری از مزایای مختلف هستند:

1. انعطاف پذیری: آنها می توانند در طی فرآیند دوچرخه سواری با تغییرات حجم الکترودها سازگار شوند.

2. ساخت آسان: الکترولیت های پلیمری را می توان با استفاده از روشهای ساده تر و مقرون به صرفه تر پردازش کرد.

رابط کاربری بهبود یافته: آنها معمولاً با الکترود رابط بهتری تشکیل می دهند و در نتیجه مقاومت را کاهش می دهند.

یکی از چالش های مهم در طراحی باتری حالت جامد ، صرف نظر از نوع الکترولیت جامد مورد استفاده ، بهینه سازی رابط بین الکترولیت و الکترود است. بر خلاف الکترولیتهای مایع که به راحتی به سطوح الکترود رعایت می شوند ، برای اطمینان از تماس خوب و انتقال یون کارآمد ، باید الکترولیتهای جامد با دقت طراحی شوند.

محققان در حال بررسی استراتژی های مختلف برای بهبود این رابط ها هستند ، از جمله:

1. پوشش سطح: برای تقویت سازگاری و انتقال یون ، یک پوشش نازک را روی الکترود یا الکترولیت بمالید.

2. رابط های نانوساختار: برای افزایش سطح سطح و بهبود تبادل یون ، ویژگی های نانو در رابط ها ایجاد کنید.

3. مونتاژ با کمک فشار: از فشار کنترل شده در طی فرآیند مونتاژ باتری استفاده می شود تا از تماس خوب بین قطعات اطمینان حاصل شود.

نتیجه گیری:

اصل کار باتری های حالت جامد صرفاً جایگزینی ساده مواد نیست ، بلکه یک انقلاب پارادایم است که از مهاجرت یون مایع به سمت هدایت یون حالت جامد تغییر می کند. این انرژی با خیال راحت تر و کارآمدتر از طریق یک "پل یون یونی با حالت جامد" محکم تر می شود. برای هواپیماهای بدون سرنشین ، این فقط در مورد تعویض باتری نیست. این نشانگر آغاز یک دوره کاملاً جدید پرواز است.

Zyebattery همواره بر فن آوری های انرژی برش متمرکز شده است. ما از نزدیک توسعه فن آوری های نسل بعدی مانند باتری های حالت جامد را دنبال می کنیم و متعهد هستیم که در آینده راه حل های قدرتمندتر و قدرتمندتر از راه های بدون سرنشین را به بازار ارائه دهیم و به مشتریان خود کمک کنیم تا با بالاتر ، دورتر و با خیال راحت پرواز کنند.