Hogyan működik a szilárdtest akkumulátor?

Hogyan működik aSzilárdtest akkumulátorMunka? Egyszerű magyarázat UAV-kezelők számára

Annak megértése, hogy aszilárdtest akkumulátora munkákhoz nem kell vegyész végzettség. Ehhez meg kell értenie egy kulcsfontosságú különbséget a már jól ismert akkumulátorokhoz képest – majd követnie kell a logikát, hogy ez a különbség miben változik.

Íme a szilárdtest akkumulátor működésének legvilágosabb magyarázata, azoknak írva, akik drónokat repülnek, nem pedig azokat, akik azokat építik.

Kezdje azzal, amit minden akkumulátor csinál

Minden akkumulátor - telefon akkumulátor,drón akkumulátor, autó akkumulátor — ugyanazt az alapfeladatot végzi. A kémiai energiát tárolja és igény szerint elektromos energiává alakítja.

Minden lítium akkumulátorban 3 alapvető alkatrész található: egy pozitív elektróda, amelyet katódnak neveznek, egy negatív elektróda, amelyet anódnak neveznek, és egy középső réteg, az elektrolit, amely közöttük helyezkedik el. A töltés során a lítium-ionok a katódról az elektroliton keresztül az anódba mozognak, és ebben az elrendezésben energiát tárolnak. A kisülés során ezek az ionok az ellenkező irányba mozognak vissza, és a mozgás során felszabaduló energia hajtja a drón motorját.

Az elektrolit feladata specifikus: engedje át a lítiumionokat, de blokkolja az elektronokat. Az elektronoknak át kell haladniuk a külső áramkörön - a motorvezérlőkön, a motorokon és a repülési elektronikán keresztül -, így hasznos munkát végeznek. Ha az elektronok közvetlenül átjuthatnának az elektroliton, az akkumulátor azonnal rövidre zárna.

Mitől más a szilárdtest

A hagyományos lítium-polimer akkumulátorokban az elektrolit folyadék vagy gél – konkrétan egy szerves oldószer, amely oldott lítium-sókat tartalmaz. Jól működik. Ezenkívül gyúlékony, hőmérséklet-érzékeny, és idővel lebomlik az elektródák felületével való kémiai reakciók során.

A szilárdtest akkumulátor ezt a folyadékot szilárd anyagra cseréli. A szilárd elektrolit továbbra is pontosan ugyanazt a feladatot látja el – átengedi a lítium-ionokat, miközben blokkolja az elektronokat –, de ezt egy alapvetően eltérő fizikai mechanizmuson keresztül teszi.

A folyadékon átsodródó ionok helyett kristályos vagy amorf szilárd szerkezeten mozognak, az anyagon belüli ionvezető helyek között ugrálva. Az elektrolit kémiától függően ezek a szilárd anyagok lehetnek kerámiák (például LLZO – lítium-lantán-cirkónium-oxid), polimerek vagy szulfidvegyületek. Mindegyiknek más az ionvezető képessége, hőmérsékleti teljesítménye és gyártási jellemzői.

Mi változik a teljesítményben

Mivel az elektrolit most szilárd, több dolog is megváltozik egyszerre:

A tűzveszély jelentősen csökken. Nincs jelen az a szerves oldószer, amely a folyékony elektrolitokat tűzveszélyessé teszi. Nincs semmi meggyulladnivaló a lítiumelemek tüzet okozó hőelvezetési sorozatában. A mechanikailag sérült szilárdtest cella inkább elveszti funkcióját, mintsem tűzveszélyessé válna.

A cella lítium fém anódot tud befogadni. A folyékony elektrolit akkumulátorokban a lítium-fém anódok dendritek növekedését okozzák – fémszálak, amelyek végül rövidre zárják a cellát. A szilárd elektrolitok elég sűrűek ahhoz, hogy fizikailag blokkolják a dendrit behatolását, életképessé téve a lítium fémanódokat. A lítiumfém nagyjából 10-szer több energiát tárol grammonként, mint a hagyományos akkumulátorokban használt grafit anódok – ami a szilárdtest akkumulátorok energiasűrűségének előnyei forrása.

A degradáció lelassul. A folyékony elektrolitok fokozatosan reagálnak az elektródák felületére több száz töltési ciklus alatt, és rétegeket képeznek, amelyek növelik a belső ellenállást és csökkentik a kapacitást. A szilárd elektrolitok kémiailag stabilabbak, lassabban reagálnak az elektród anyagokkal. Ez a stabilitás az oka annak, hogy a szilárdtest akkumulátorok hosszabb élettartamot mutatnak hasonló működési feltételek mellett.

Ami nem változott

Az alapvető működés – a lítium-ionok oda-vissza mozognak a katód és az anód között egy elektroliton keresztül – megegyezik minden korábban használt lítium akkumulátorral. A feszültségtartomány hasonló. A töltési és kisütési folyamat ugyanazokat az elveket követi. Az akkumulátornak továbbra is szüksége van egy akkumulátorkezelő rendszerre a cellafeszültség figyeléséhez, a kiegyensúlyozás kezeléséhez és a visszaélések elleni védelemhez.

A szilárdtest nem másfajta energiatárolás. Ugyanaz a típus, 1 komponenssel – az elektrolittal – úgy lett újratervezve, hogy megszűnjenek a hagyományos lítium akkumulátorok kémiájának legjelentősebb korlátai.

A ZYEBATTERY félvezető UAV akkumulátorai

ZYEBATTERYszilárdtest lítium-ion és nagy teljesítményű lítium-polimer UAV akkumulátorokat fejleszt kereskedelmi drón alkalmazásokhoz. A technológia működésének megértése a kiindulópont annak megértéséhez, hogy miért különböznek a teljesítményjellemzők – és hogy az akkumulátorral kapcsolatos döntéseket valós megértés alapján hozzuk meg, nem pedig pusztán a specifikációs lapszámok alapján.