آیا باتری های حالت جامد خراب می شوند؟

آیا باتری های حالت جامد تحلیل می روند؟ بله - اما متفاوت از آنچه شما ممکن است انتظار داشته باشید

هر باتری ضعیف می شود. هر کسی که به شما باتری می‌فروشد که نمی‌فروشد به شما باتری نمی‌فروشد - آنها به شما یک داستان می‌فروشند. سوال واقعی برای اپراتورهای پهپاد این نیست که آیاباتری های حالت جامدتخریب می شوند، اما چگونه تخریب می شوند، چقدر سریع، و اینکه آیا این الگوی تخریب برای عملیات تجاری بهتر است یا بدتر از آنچه شما با بسته های لیتیوم پلیمری به آن عادت دارید.

پاسخ هر 3 مورد مفیدتر از یک بله یا خیر ساده است.

چگونه باتری های LiPo معمولی تحلیل می روند

برای درک اینکه چرا تخریب حالت جامد متفاوت است، شناخت مکانیسم های اولیه که عمر باتری LiPo را محدود می کند کمک می کند.

اکسیداسیون الکترولیت مسیر تخریب طولانی مدت غالب در اکثر سلول های LiPo است. الکترولیت آلی مایع به آرامی با سطوح الکترود در چرخه‌های مکرر شارژ-تخلیه واکنش نشان می‌دهد و لایه‌ای به نام فاز الکترولیت جامد (SEI) را تشکیل می‌دهد. این لایه به تدریج مقاومت داخلی را افزایش می دهد و لیتیوم را مصرف می کند که دیگر نمی تواند در ذخیره سازی انرژی شرکت کند - چرخه به چرخه ظرفیت را کاهش می دهد.

آبکاری لیتیوم هنگام شارژ سریع یا شارژ در دمای پایین اتفاق می افتد، زمانی که یون های لیتیوم سریعتر از آند که جذب شوند به آند گرافیت می رسند. لیتیوم فلزی بر روی سطح آند رسوب می کند و ظرفیت را کاهش می دهد و خطر اتصال کوتاه داخلی را در طول زمان افزایش می دهد.

خستگی ساختاری کاتد زمانی اتفاق می‌افتد که انبساط و انقباض مکرر مواد الکترود در طول چرخه باعث ایجاد ترک‌های میکروسکوپی در ذرات کاتد می‌شود - سطح موجود برای تبادل یون را کاهش می‌دهد و ظرفیت را به تدریج محدود می‌کند.

هر 3 این مکانیسم ترکیب می شوند. یک بسته LiPo در 400 سیکل نه تنها قدیمی تر نیست بلکه آسیب انباشته شده از هر 3 مسیر به طور همزمان است.

چگونهباتری های حالت جامدمتفاوت تنزل دهید

حذف الکترولیت مایع باعث تغییر مکانیسم های تخریب فعال و سرعت پیشرفت آنها می شود.

اکسیداسیون الکترولیت به طور چشمگیری کاهش می یابد. الکترولیت های جامد مانند الکترولیت های مایع با سطوح الکترود واکنش نشان نمی دهند. تشکیل SEI که ظرفیت لیتیوم را در سلول‌های LiPo مصرف می‌کند یا تشکیل نمی‌شود یا در سلول‌های حالت جامد بسیار کندتر شکل می‌گیرد. این دلیل اصلی است که باتری‌های حالت جامد حفظ ظرفیت بهتری را در چرخه‌های بیشتر نشان می‌دهند - آنها لیتیوم را به همان میزان در برابر رشد SEI از دست نمی‌دهند.

دینامیک آبکاری لیتیوم تغییر می کند. در سلول های حالت جامد با استفاده از آندهای فلزی لیتیوم، صفحات و نوارهای لیتیومی به طور ذاتی به عنوان بخشی از عملکرد عادی. الکترولیت جامد یک مانع فیزیکی در برابر نفوذ دندریت ایجاد می‌کند که الکترولیت‌های مایع قادر به انجام آن نیستند - که از نظر تئوری امکان شارژ سریع‌تر را بدون همان خطر تخریب مرتبط با آبکاری که نرخ شارژ LiPo را محدود می‌کند، می‌دهد.

یک مکانیسم تخریب جدید ظاهر می شود: لایه لایه شدن رابط. این چالش خاص شیمی حالت جامد است. همانطور که الکترودها در طول چرخه منبسط و منقبض می شوند، الکترولیت جامد برای حفظ تماس مانند الکترولیت مایع جریان نمی یابد. شکاف های میکروسکوپی می توانند بین سطوح الکترود و الکترولیت ایجاد شوند - افزایش مقاومت و کاهش راندمان انتقال یون. در باتری‌های پهپاد حالت جامد نسل فعلی، این مدیریت رابط یکی از چالش‌های مهندسی اولیه است که بر عمر چرخه تأثیر می‌گذارد.

این برای اپراتورهای پهپاد در عمل به چه معناست

اثر خالص این مکانیسم های تخریب مختلف:باتری های حالت جامد در کاربردهای تجاری پهپادمعمولاً محو شدن ظرفیت آهسته‌تری را در هر چرخه نسبت به بسته‌های LiPo معادل نشان می‌دهند - 600 تا 900 چرخه در حفظ ظرفیت 80 درصد در مقابل 300 تا 500 برای LiPo در شرایط مشابه.

اما تخریب نامرئی یا صفر نیست. بسته های حالت جامد با گذشت زمان ظرفیت خود را از دست می دهند. سرعت پایین‌تر است، مکانیسم‌ها متفاوت است، و رفتار پایان عمر عموماً قابل پیش‌بینی‌تر است - اما اپراتورهایی که برنامه‌ریزی‌های جایگزینی را برنامه‌ریزی می‌کنند، هنوز به جای اینکه فرض کنند بسته‌های حالت جامد برای همیشه اجرا می‌شوند، باید به حساب تخریب باشند.

منحنی تخریب قابل پیش بینی تر باتری های حالت جامد در واقع برای مدیریت ناوگان مفید است. محو شدن ظرفیت در سلول‌های حالت جامد معمولاً خطی‌تر است و کمتر مستعد افت‌های ناگهانی است که بسته‌های LiPo کهنه گاهی زمانی که آسیب SEI انباشته به یک آستانه می‌رسد نشان می‌دهند. این خطی بودن زمان‌بندی جایگزینی را آسان‌تر می‌کند.

مستندات تخریب ZYEBATTERY

ZYEBATTERYداده‌های حفظ ظرفیت و عمر چرخه را برای باتری‌های لیتیوم یون حالت جامد و باتری‌های UAV لیتیوم پلیمری با کارایی بالا بر اساس آزمایش‌های واقعی شرایط عملیاتی ارائه می‌کند - نه فقط ایده‌آل‌های آزمایشگاهی. برای اپراتورهایی که بودجه‌های جایگزین و برنامه‌های مدیریت ناوگان را می‌سازند، دانستن منحنی تخریب واقعی به همان اندازه که دانستن عملکرد اولیه اهمیت دارد.

باتری های حالت جامد خراب می شوند. آنها این کار را آهسته تر، قابل پیش بینی تر و به دلایلی متفاوت از بسته های LiPo انجام می دهند که اکثر اپراتورها به جایگزینی آن عادت دارند.