آیا باتری حالت جامد از لیتیوم استفاده می کند؟

آیا یکباتری حالت جامداز لیتیوم استفاده کنید؟ 

بله - اما نه به همان روش

بله،باتری های حالت جامداز لیتیوم استفاده کنید آن قسمت سرراست است. نکته جالب‌تر - و برای هر کسی که تلاش می‌کند بفهمد چرا باتری‌های حالت جامد با باتری‌های معمولی متفاوت عمل می‌کنند مفیدتر است - این است که چگونه از لیتیوم استفاده می‌شود، و وقتی از یک طراحی الکترولیت مایع به یک باتری جامد می‌روید، چه چیزی تغییر می‌کند.

تفاوت فقط در جزئیات مهندسی نیست. ادعاهای عملکردی را که در بازاریابی باتری حالت جامد مشاهده می کنید توضیح می دهد و به شما کمک می کند ارزیابی کنید که آیا این ادعاها در مورد باتری خاصی که در نظر دارید صدق می کند یا خیر.

نقش لیتیوم در هر باتری

در هر باتری لیتیومی - حالت جامد یا معمولی - لیتیوم یون کار است. در طول شارژ، یون های لیتیوم کاتد (الکترود مثبت) را ترک می کنند، از الکترولیت عبور می کنند و در آند (الکترود منفی) ذخیره می شوند. در حین تخلیه، این فرآیند معکوس می‌شود: یون‌های لیتیوم از آند به عقب از طریق الکترولیت به کاتد حرکت می‌کنند و انرژی آزاد شده در این حرکت به پهپاد نیرو می‌دهد.

وظیفه الکترولیت صرفاً اجازه دادن به یون های لیتیوم از طریق آن است و در عین حال الکترون ها را مسدود می کند - که در عوض مجبور می شوند در مدار خارجی حرکت کنند و موتورها را تغذیه کنند. چه آن الکترولیت مایع باشد یا جامد، لیتیوم همان کار اساسی را انجام می دهد.

آنچه تغییر می کند این است که لیتیوم در آند کجا ذخیره می شود و این ذخیره سازی چقدر کارآمد اتفاق می افتد.

چگونه باتری های معمولی لیتیوم را در آند ذخیره می کنند

در باتری های لیتیوم پلیمری استاندارد، آند از گرافیت ساخته شده است. یون‌های لیتیوم به سادگی روی گرافیت جمع نمی‌شوند، بلکه در میان لایه‌های اتم‌های کربن در ساختار کریستالی گرافیت می‌لغزند. هر واحد گرافیت فقط می‌تواند تعداد ثابتی از یون‌های لیتیوم را که با هندسه کریستالی آن تعیین می‌شود، نگه دارد.

این مکانیسم میان‌افزایی پایدار است و به خوبی درک می‌شود، اما سقف سختی را تعیین می‌کند که یک آند گرافیت چقدر لیتیوم را می‌تواند در هر گرم ماده ذخیره کند. این سقف بخشی از چیزی است که چگالی انرژی باتری‌های LiPo معمولی را به حدود 200 تا 260 وات ساعت بر کیلوگرم در سطح بسته محدود می‌کند - مهم نیست که بقیه طراحی چقدر خوب باشد.

چگونه باتری های حالت جامد می توانند لیتیوم را متفاوت استفاده کنند؟

اینجاست که طراحی حالت جامد یک فرصت عملکرد معنادار ایجاد می کند.

از آنجایی که الکترولیت های جامد می توانند به طور فیزیکی مانع نفوذ دندریت شوند - رشته های فلزی که آندهای فلز لیتیوم را در باتری های الکترولیت مایع خطرناک می کنند - باتری های حالت جامد می توانند آندهای گرافیت را با فلز لیتیوم خالص جایگزین کنند.

فلز لیتیوم به هم نمی خورد. در هنگام شارژ و تخلیه مستقیماً به عنوان فلز حجیم صفحه و نوار می شود. و فلز لیتیوم تقریباً 10 برابر بیشتر از گرافیت یون لیتیوم را در هر گرم ذخیره می کند.

نتیجه: یک باتری حالت جامد با آند فلزی لیتیومی به سقف چگالی انرژی مشابه طراحی آند گرافیتی نمی رسد. این معماری پشت ارقام چگالی انرژی 350 تا 400+ Wh/kg در سطح بسته مربوط به باتری‌های حالت جامد پیشرفته است - اعدادی که بدون توجه به نوع الکترولیت با آندهای گرافیتی قابل دستیابی نیستند.

چرا این تمایز در ارزیابی محصولات اهمیت دارد؟

همه باتری های حالت جامد از آندهای فلزی لیتیومی استفاده نمی کنند. طرح های حالت جامد نسل اول اغلب آندهای گرافیت را حفظ می کنند و فقط الکترولیت را جایگزین می کنند. این باتری‌ها ایمنی و عمر چرخه‌ای را در مقایسه با LiPo - مزایای واقعی - ارائه می‌کنند، اما چگالی انرژی آن‌ها مشابه باتری‌های لیتیوم یون معمولی است، نه به‌طور چشمگیری بالاتر.

وقتی باتری حالت جامد را می بینید که ادعا می کند 350+ Wh/kg دارد، یک آند فلزی لیتیوم پشت این عدد قرار دارد. وقتی می بینید که 210 تا 240 Wh/kg دارد، تقریباً مطمئناً از گرافیت استفاده می کند - الکترولیت تغییر کرد، اما آند تغییر نکرد.

برای اپراتورهای پهپاد که بین گزینه های حالت جامد انتخاب می کنند، می پرسند "آیا این باتری از آند فلزی لیتیوم یا گرافیت استفاده می کند؟" بلافاصله به شما می گوید که آیا ادعای چگالی انرژی بر اساس مزیت حالت جامد کامل است یا فقط جایگزینی الکترولیت.

مستندات معماری آند ZYEBATTERY

ZYEBATTERYمشخصات معماری آند را برای باتری های لیتیوم یون حالت جامد و باتری های پهپاد لیتیوم پلیمری با کارایی بالا ارائه می دهد - زیرا دانستن اینکه آیا فلز لیتیوم یا گرافیت در آند وجود دارد یا خیر، تعیین می کند که آیا اعداد چگالی انرژی در برگه مشخصات از طراحی حالت جامد کامل یا رویکرد ترکیبی هستند.

باتری های حالت جامداز لیتیوم استفاده کنید سوال مفیدتر این است که کجا و چگونه - و این سوال یک پاسخ مشخص و مستند دارد.