چه موادی در باتری پهپادهای حالت جامد وجود دارد؟ یک شکست عملی

اگر عمیقاً در پهپادهای FPV یا عملیات پهپادهای تجاری هستید، این همهمه را شنیده‌اید: باتری‌های پهپادهای حالت جامد آینده هستند. آنها با نوید ایمنی بیشتر، عمر طولانی تر و چگالی انرژی بالاتر، مانند یک تغییر دهنده بازی به نظر می رسند. اما دقیقا از چه چیزی ساخته شده اند؟ چه تفاوتی با باتری های لیتیوم پلیمری رایج (LiPo) که امروزه استفاده می کنیم چیست؟

بیایید مواد کلیدی داخل یک باتری حالت جامد و اینکه چرا برای عملکرد پهپاد شما اهمیت دارد را بررسی کنیم.

تفاوت اصلی:جامد در مقابل مایع

ابتدا یک پرایمر سریع. باتری استاندارد LiPo دارای الکترولیت مایع یا ژل مانند است. این الکترولیت قابل اشتعال منبع اصلی خطر است (فکر کنید تورم، آتش سوزی). یک باتری حالت جامد، همانطور که از نامش پیداست، از یک الکترولیت جامد استفاده می کند. این تغییر واحد باعث ایجاد آبشاری از نوآوری های مواد می شود.

اجزای اصلی مواد یکباتری پهپاد حالت جامد

1. الکترولیت جامد (قلب نوآوری)

این ماده تعیین کننده است. در عین حال که یک عایق الکترونیکی است، باید یون های لیتیوم را به خوبی هدایت کند. انواع متداول در حال تحقیق عبارتند از:

سرامیک: موادی مانند LLZO (لیتیوم لانتانیم اکسید زیرکونیوم). آنها رسانایی یونی بالا و پایداری عالی را ارائه می دهند و آنها را در برابر فرار حرارتی بسیار ایمن می کند - یک مزیت بزرگ برای باتری های هواپیماهای بدون سرنشین که می توانند آسیب تصادف را تجربه کنند.

پلیمرهای جامد: به نسخه های پیشرفته مواد مورد استفاده در برخی باتری های موجود فکر کنید. آنها انعطاف‌پذیرتر هستند و تولید آنها راحت‌تر است، اما اغلب باید در دماهای گرم‌تر کار کنند.

شیشه های مبتنی بر سولفید: این شیشه ها رسانایی یونی فوق العاده ای دارند و با الکترولیت های مایع رقابت می کنند. با این حال، آنها می توانند در طول تولید به رطوبت حساس باشند.

برای خلبانان: الکترولیت جامد به همین دلیل است که این باتری ها ذاتا ایمن تر هستند و به طور بالقوه می توانند شارژ سریع تری را بدون خطرات مرتبط با الکترولیت های مایع انجام دهند.

2. الکترودها (آند و کاتد)

مواد در اینجا را می توان بیشتر فشار داد زیرا الکترولیت جامد پایدارتر است.

آند (الکترود منفی): محققان می توانند از لیتیوم فلزی استفاده کنند. این یک معامله بزرگ است. در لیپوهای امروزی، آند معمولاً گرافیت است. استفاده از فلز لیتیوم خالص می تواند به طور چشمگیری چگالی انرژی یک باتری پهپاد حالت جامد را افزایش دهد - به این معنی که زمان پرواز بیشتری برای همان وزن یا همان قدرت در یک بسته کوچکتر و سبک تر است.

کاتد (الکترود مثبت): این می تواند شبیه باتری های امروزی با کارایی بالا (مانند NMC - لیتیوم نیکل منگنز اکسید کبالت) باشد، اما برای کار موثر با رابط الکترولیت جامد بهینه شده است.

برای خلبانان: آند فلزی لیتیوم سس مخفی برای سرفصل های وعده داده شده "2x پرواز زمان" است. بسته‌های سبک‌تر و پر انرژی می‌توانند طراحی پهپاد را متحول کنند.

3. لایه های رابط و کامپوزیت های پیشرفته

این چالش مهندسی است. به دست آوردن یک رابط کامل و پایدار بین الکترولیت جامد شکننده و الکترودها دشوار است. علم مواد در اینجا شامل:

پوشش های محافظ: لایه های بسیار نازک روی الکترودها اعمال می شود تا از واکنش های ناخواسته جلوگیری شود.

الکترولیت های کامپوزیت: گاهی اوقات از ترکیبی از مواد سرامیکی و پلیمری برای متعادل کردن رسانایی، انعطاف پذیری و سهولت ساخت استفاده می شود.

چرا این مواد برای پهپاد شما مهم هستند؟

وقتی برنامه‌های «باتری حالت جامد برای هواپیماهای بدون سرنشین» را می‌بینید، انتخاب مواد مستقیماً به مزایای کاربر ترجمه می‌شود:

اول ایمنی: بدون مایع قابل اشتعال = خطر آتش سوزی به طور چشمگیری کاهش می یابد. این برای عملیات تجاری و هر کسی که باتری را حمل می کند بسیار مهم است.

چگالی انرژی بالاتر: ماده آند فلز لیتیوم کلید اصلی است. منتظر زمان پرواز بالقوه طولانی تر یا کشتی سبک تر باشید.

عمر چرخه طولانی تر: الکترولیت های جامد اغلب از نظر شیمیایی پایدارتر هستند، که می تواند به معنای باتری هایی باشد که قبل از تخریب صدها چرخه شارژ بیشتر دوام می آورند.

پتانسیل شارژ سریعتر: مواد در تئوری می توانند از انتقال یون بسیار سریعتر بدون مشکلات آبکاری و دندریتی که لیپوهای مایع را آزار می دهند پشتیبانی کنند.

وضعیت فعلی بازی

این مهم است که واقع بین باشید. در حالی که مواد موجود در باتری‌های حالت جامد در آزمایشگاه‌ها به خوبی شناخته می‌شوند، تولید انبوه آنها با هزینه و مقیاس مناسب برای صنعت هواپیماهای بدون سرنشین هنوز در حال انجام است. چالش ها کامل کردن رابط ها و فرآیندهای تولید است.

درست استباتری های پهپادهای حالت جامدبیشتر در مرحله نمونه سازی و آزمایش هستند. هنگامی که آنها وارد بازار شوند، احتمالاً ابتدا در برنامه های تجاری و سازمانی پیشرفته ظاهر می شوند.

نتیجه گیری

مواد درون یک باتری حالت جامد - الکترولیت سرامیکی یا پلیمری جامد، آند فلزی لیتیوم و رابط های کامپوزیت پیشرفته - برای حل محدودیت های اصلی LiPos امروزی مهندسی شده اند. آنها آینده ای با پروازهای ایمن تر، طولانی تر و قدرتمندتر را وعده می دهند.

به عنوان یک خلبان یا اپراتور هواپیمای بدون سرنشین، مطلع ماندن از این پیشرفت ها کلیدی است. تغییر به سمت فناوری حالت جامد یک شبه اتفاق نمی افتد، اما درک علم مواد پشت آن به شما کمک می کند تا از هیاهوها بکاهید و مزایای عملکرد در دنیای واقعی را در افق پیش بینی کنید.