Leromlanak a szilárdtest akkumulátorok?

Lebomlanak a szilárdtest akkumulátorok? Igen – de másképp, mint amire számítottál

Minden akkumulátor leromlik. Bárki, aki olyan akkumulátort ad el neked, amely nem ad el, nem ad el neked egy történetet. Az UAV-üzemeltetők igazi kérdése nem az, hogy vajonszilárdtest akkumulátoroklebomlanak, de hogyan bomlanak le, milyen gyorsan, és hogy ez a lebomlási minta jobb vagy rosszabb-e a kereskedelmi műveleteknél, mint amit a lítium-polimer csomagoknál megszokott.

A válaszok mind a 3 kérdésre hasznosabbak, mint egy egyszerű igen vagy nem.

Hogyan romlanak a hagyományos LiPo akkumulátorok

Ahhoz, hogy megértsük, miért más a szilárdtest-romlás, segít megismerni azokat az elsődleges mechanizmusokat, amelyek korlátozzák a LiPo akkumulátor élettartamát.

A legtöbb LiPo sejtben az elektrolit oxidációja a domináns hosszú távú lebomlási útvonal. A folyékony szerves elektrolit ismételt töltési-kisülési ciklusok során lassan reagál az elektródák felületeivel, és egy réteget képez, amelyet szilárd elektrolit interfázisnak (SEI) neveznek. Ez a réteg fokozatosan növeli a belső ellenállást, és lítiumot fogyaszt, amely már nem tud részt venni az energiatárolásban – ciklusonként csökkentve a kapacitást.

A lítiumbevonat gyorstöltés vagy alacsony hőmérsékletű töltés során következik be, amikor a lítium-ionok gyorsabban érkeznek a grafit anódhoz, mint ahogy elnyelődnek. Fém lítium lerakódik az anód felületén, ami csökkenti a kapacitást és növeli a belső rövidzárlatok kockázatát idővel.

A katód szerkezeti kifáradása akkor következik be, amikor az elektródák anyagának ismétlődő tágulása és összehúzódása a ciklus során mikroszkopikus repedést okoz a katódrészecskékben – csökkentve az ioncserére rendelkezésre álló felületet, és fokozatosan korlátozva a kapacitást.

Mind a 3 mechanizmus összekapcsolódik. A LiPo csomag 400 ciklusnál nem csak régebbi – mind a 3 útvonal egyidejűleg felhalmozott sebzése.

HogyanSzilárdtest akkumulátorokDegradáljon másként

A folyékony elektrolit eltávolítása megváltoztatja, hogy mely lebomlási mechanizmusok aktívak és milyen gyorsan haladnak előre.

Az elektrolit oxidációja drámaian csökken. A szilárd elektrolitok nem reagálnak ugyanúgy az elektródák felületével, mint a folyékony elektrolitok. A LiPo cellákban a lítiumkapacitást fogyasztó SEI-képződmény vagy nem, vagy sokkal lassabban képződik szilárdtest sejtekben. Ez az elsődleges oka annak, hogy a szilárdtest-akkumulátorok jobb kapacitásmegtartást mutatnak több cikluson keresztül – nem veszítenek lítiumot a SEI növekedése miatt ugyanolyan ütemben.

A lítium bevonat dinamikája megváltozik. Szilárdtest cellákban, amelyek lítium fém anódokat, lítium lemezeket és szalagokat használnak a normál működés részeként. A szilárd elektrolit olyan fizikai gátat biztosít a dendrit behatolása ellen, amelyet a folyékony elektrolitok nem képesek – ami elméletileg gyorsabb töltést tesz lehetővé, anélkül, hogy ugyanaz a bevonattal kapcsolatos lebomlási kockázat, amely korlátozza a LiPo töltési sebességet.

Egy új degradációs mechanizmus jelenik meg: az interfész delaminációja. Ez a szilárdtest-kémia sajátos kihívása. Ahogy az elektródák kitágulnak és összehúzódnak a ciklus során, a szilárd elektrolit nem áramlik, hogy fenntartsa a kapcsolatot, ahogyan a folyékony elektrolit. Mikroszkopikus rések alakulhatnak ki az elektródák és az elektrolit felületei között – növelve az ellenállást és csökkentve az ionátviteli hatékonyságot. A jelenlegi generációs szilárdtestalapú UAV-akkumulátorok esetében ez az interfész-kezelés az egyik elsődleges mérnöki kihívás, amely befolyásolja a ciklus élettartamát.

Mit jelent ez az UAV-üzemeltetők számára a gyakorlatban?

A különböző lebomlási mechanizmusok nettó hatása:szilárdtest akkumulátorok kereskedelmi UAV alkalmazásokbanjellemzően lassabb kapacitáscsökkenést mutatnak ciklusonként, mint az egyenértékű LiPo csomagok – 600–900 ciklus 80%-os kapacitásmegtartás mellett, szemben a LiPo 300–500 ciklusával hasonló körülmények között.

De a degradáció nem láthatatlan vagy nulla. A szilárdtest-csomagok idővel elveszítik kapacitásukat. A sebesség lassabb, a mechanizmusok eltérőek, és az élettartam végi viselkedés általában jobban megjósolható – de a csereütemezést tervező kezelőknek továbbra is számolniuk kell a romlással, nem pedig azt, hogy a szilárdtest-csomagok örökké futnak.

A szilárdtest akkumulátorok kiszámíthatóbb leromlási görbéje valójában hasznos a flottakezeléshez. A szilárdtest-cellák kapacitáscsökkenése általában lineárisabb, és kevésbé hajlamos a hirtelen esésekre, amelyeket az öregedő LiPo-csomagok néha mutatnak, amikor a halmozott SEI-károsodás eléri a küszöbértéket. Ez a linearitás megkönnyíti a csereidőzítés tervezését.

A ZYEBATTERY leromlási dokumentációja

ZYEBATTERYa szilárdtest-lítium-ionos és nagy teljesítményű lítium-polimer UAV-akkumulátorok ciklus-élettartamára és kapacitásmegtartására vonatkozó adatokat valós üzemállapot-tesztek alapján szolgáltat – nem csak laboratóriumi ideálisak. A csereköltségvetéseket és a flottakezelési ütemterveket készítő üzemeltetők számára a tényleges leromlási görbe ismerete ugyanolyan fontos, mint az indulási teljesítmény ismerete.

A szilárdtest akkumulátorok leromlanak. Csak lassabban, kiszámíthatóbban és más okokból teszik ezt, mint a LiPo csomagokat, amelyeket a legtöbb kezelő cserélni szokott.