باتری حالت جامد چگونه کار می کند؟

چگونه یکباتری حالت جامدکار؟ توضیحی ساده برای اپراتورهای پهپاد

درک اینکه چگونه یکباتری حالت جامدکارها به مدرک شیمی نیاز ندارند. این نیاز به درک 1 تفاوت کلیدی با باتری‌هایی دارد که قبلاً با آن‌ها آشنا هستید - و سپس دنبال کردن منطق تغییرات این تفاوت.

در اینجا واضح ترین توضیح در مورد عملکرد باتری حالت جامد است که برای افرادی که هواپیماهای بدون سرنشین پرواز می کنند به جای افرادی که آنها را می سازند نوشته شده است.

با کاری که هر باتری انجام می دهد شروع کنید

هر باتری - باتری تلفن،باتری پهپاد، باتری ماشین — همان کار اصلی را انجام می دهد. انرژی شیمیایی را ذخیره می کند و در صورت نیاز آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.

در داخل هر باتری لیتیومی 3 جزء ضروری وجود دارد: یک الکترود مثبت به نام کاتد، یک الکترود منفی به نام آند و یک لایه میانی به نام الکترولیت که بین آنها قرار دارد. در طول شارژ، یون‌های لیتیوم از کاتد، از طریق الکترولیت و به داخل آند حرکت می‌کنند و انرژی را در آن آرایش ذخیره می‌کنند. در حین تخلیه، آن یون ها در جهت مخالف حرکت می کنند و انرژی آزاد شده در این حرکت، موتورهای پهپاد را نیرو می دهد.

وظیفه الکترولیت مشخص است: اجازه دهید یون های لیتیوم از آن عبور کنند، اما الکترون ها را مسدود کنند. الکترون‌ها باید از طریق مدار خارجی - از طریق کنترل‌کننده‌های موتور، موتورها و وسایل الکترونیکی پرواز - حرکت کنند و به این ترتیب کار مفیدی انجام می‌دهند. اگر الکترون‌ها بتوانند مستقیماً از الکترولیت عبور کنند، باتری فوراً اتصال کوتاه می‌کند.

چه چیزی حالت جامد را متفاوت می کند

در باتری های لیتیوم پلیمری معمولی، الکترولیت یک مایع یا ژل است – به طور خاص، یک حلال آلی حاوی نمک های لیتیوم محلول. خوب کار می کند. همچنین قابل اشتعال، حساس به دما است و در طول زمان از طریق واکنش های شیمیایی با سطوح الکترود تخریب می شود.

یک باتری حالت جامد آن مایع را با یک ماده جامد جایگزین می کند. الکترولیت جامد هنوز دقیقاً همان کار را انجام می دهد - اجازه می دهد یون های لیتیوم عبور کنند در حالی که الکترون ها را مسدود می کنند - اما این کار را از طریق یک مکانیسم فیزیکی اساساً متفاوت انجام می دهد.

به جای اینکه یون‌ها در مایع جابجا شوند، در ساختار جامد کریستالی یا آمورف حرکت می‌کنند و بین مکان‌های رسانای یون درون ماده می‌پرند. بسته به شیمی الکترولیت، این مواد جامد ممکن است سرامیک (مانند LLZO - لیتیوم لانتانیم اکسید زیرکونیوم)، پلیمرها یا ترکیبات سولفیدی باشند. هر کدام دارای رسانایی یونی، عملکرد دما و ویژگی های تولید متفاوتی هستند.

چه تغییراتی در عملکرد

از آنجایی که الکترولیت اکنون جامد است، چندین چیز به طور همزمان تغییر می کند:

خطر آتش سوزی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. حلال آلی که الکترولیت های مایع را قابل اشتعال می کند وجود ندارد. در توالی فرار حرارتی که باعث آتش سوزی باتری لیتیومی می شود، چیزی برای مشتعل شدن وجود ندارد. یک سلول حالت جامد آسیب دیده مکانیکی به جای تبدیل شدن به یک خطر آتش سوزی، عملکرد خود را از دست می دهد.

سلول می تواند یک آند فلزی لیتیوم را در خود جای دهد. در باتری‌های الکترولیت مایع، آندهای فلزی لیتیوم باعث رشد دندریت می‌شوند - رشته‌های فلزی که در نهایت سلول را اتصال کوتاه می‌کنند. الکترولیت های جامد به اندازه کافی متراکم هستند که از نظر فیزیکی مانع نفوذ دندریت می شوند و آندهای فلزی لیتیوم را زنده می کنند. فلز لیتیوم تقریباً 10 برابر بیشتر از آندهای گرافیتی مورد استفاده در باتری‌های معمولی در هر گرم انرژی ذخیره می‌کند - که منبع مزایای چگالی انرژی باتری حالت جامد است.

تخریب کند می شود. الکترولیت های مایع به تدریج با سطوح الکترود در طی صدها چرخه شارژ واکنش می دهند و لایه هایی را تشکیل می دهند که مقاومت داخلی را افزایش داده و ظرفیت را کاهش می دهند. الکترولیت های جامد از نظر شیمیایی پایدارتر هستند و کندتر با مواد الکترود واکنش نشان می دهند. این پایداری دلیلی است که باتری‌های حالت جامد در شرایط عملکردی مشابه، عمر چرخه‌ای طولانی‌تر را نشان می‌دهند.

چیزی که تغییر نکرده است

عملیات اساسی - حرکت یون های لیتیوم بین کاتد و آند از طریق یک الکترولیت - با هر باتری لیتیومی که قبلا استفاده کرده اید یکسان است. محدوده ولتاژ مشابه است. فرآیند شارژ و دشارژ از همان اصول پیروی می کند. باتری همچنان به یک سیستم مدیریت باتری برای نظارت بر ولتاژ سلول، مدیریت تعادل و محافظت در برابر شرایط سوء استفاده نیاز دارد.

حالت جامد نوع متفاوتی از ذخیره انرژی نیست. این همان نوع است، با 1 جزء - الکترولیت - طراحی مجدد به گونه ای که مهم ترین محدودیت های شیمیایی باتری های لیتیومی معمولی را از بین می برد.

باتری های پهپاد حالت جامد ZYEBATTERY

ZYEBATTERYیون لیتیوم حالت جامد و باتری های پهپاد لیتیوم پلیمری با کارایی بالا برای کاربردهای پهپادهای تجاری را توسعه می دهد. درک نحوه عملکرد این فناوری نقطه شروعی برای درک اینکه چرا ویژگی های عملکرد متفاوت است - و برای تصمیم گیری باتری بر اساس درک واقعی به جای اعداد برگه مشخصات به تنهایی است.