Como funcionam as baterias de lítio de estado sólido do drone?

Embora as baterias tradicionais de polímero de lítio (LIPO) tenham se tornado mainstream, seus gargalos de segurança e densidade de energia se tornaram cada vez mais proeminentes. Ao contrário das baterias tradicionais de íon de lítio que dependem de eletrólitos líquidos, as baterias de estado sólido adotam uma abordagem completamente diferente. Espera -se que esse design inovador ofereça maior densidade de energia, maior segurança e uma vida útil mais longa.

As baterias de estado sólido estão se movendo do laboratório para a vanguarda das aplicações. Então, como exatamente essa tecnologia altamente esperada funciona? Como isso mudará o futuro dos drones?

O processo de trabalho das baterias de estado sólido é macroscopicamente semelhante ao das baterias de polímero de lítio, ainda envolvendo a migração de íons de lítio entre os eletrodos positivos e negativos. No entanto, os métodos de implementação no nível micro provocam um mundo de diferença.

Eletrólitos sólidos: eles geralmente são feitos de materiais sólidos especiais, como cerâmica, sulfetos ou polímeros. Esses materiais têm condutividade iônica extremamente alta, permitindo que os íons de lítio passem rapidamente, enquanto também isolam elétrons, combinando perfeitamente as duas principais funções de condução e isolamento.

Eletrodo de alta capacidade

Inovação do ânodo: Um dos potenciais mais emocionantes das baterias de estado sólido é a capacidade de usar diretamente o metal de lítio como ânodo. Isso ocorre porque o eletrólito sólido pode efetivamente inibir o crescimento dos dendritos de lítio, e a penetração dos dendritos através do separador é a principal causa de curtos circuitos e incêndios em baterias líquidas.

Atualização positiva do eletrodo: combinando materiais de eletrodo positivos de alta tensão e alta capacidade (como eletrodos ternários de alto níquel, baseados em manganês ricos em lítio ou mesmo em enxofre), o potencial de energia de todo o sistema de bateria pode ser totalmente explorado.

Processo de trabalho

Quando uma bateria é carregada ou descarregada, os íons de lítio (Li⁺) se movem para frente e para trás entre os eletrodos positivos e negativos sob a influência de um campo elétrico através do eletrólito sólido, que serve como uma "ponte" sólida. Os elétrons (E⁻) fluem através do circuito externo, formando uma corrente elétrica para alimentar o veículo aéreo não tripulado.

No design da bateria de estado sólido, o que pode substituir eletrólitos líquidos?

Nas baterias tradicionais de íon de lítio, o eletrólito líquido serve como meio para a propagação de íons entre o ânodo e o cátodo durante os ciclos de carregamento e descarga. No entanto, o design da bateria de estado sólido substitui esse líquido por materiais sólidos que desempenham a mesma função. Este eletrólito sólido pode ser feito de vários materiais, incluindo cerâmica, polímeros ou sulfetos.

A seleção de materiais de eletrólitos sólidos é de vital importância, pois afeta diretamente o desempenho, a segurança e a fabricação da bateria.

Os eletrólitos de polímeros são feitos de materiais orgânicos e têm uma série de vantagens diferentes:

1. Flexibilidade: Eles podem se adaptar às mudanças de volume dos eletrodos durante o processo de ciclismo.

2. Fácil de fabricar: Os eletrólitos de polímeros podem ser processados ​​usando métodos mais simples e econômicos.

3. Interface aprimorada: Eles geralmente formam uma interface melhor com o eletrodo, reduzindo assim a resistência.

Um dos principais desafios no design da bateria de estado sólido, independentemente do tipo de eletrólito sólido usado, é otimizar a interface entre o eletrólito e o eletrodo. Ao contrário dos eletrólitos líquidos que são fáceis de aderir às superfícies dos eletrodos, os eletrólitos sólidos precisam ser cuidadosamente projetados para garantir um bom contato e transferência de íons eficiente.

Os pesquisadores estão explorando várias estratégias para melhorar essas interfaces, incluindo:

1. Casamento de superfície: aplique um revestimento fino no eletrodo ou eletrólito para aprimorar a compatibilidade e a transferência de íons.

2 Interfaces nanoestruturadas: Crie recursos em nanoescala nas interfaces para aumentar a área da superfície e melhorar a troca de íons.

3. Montagem assistida por pressão: A pressão controlada é usada durante o processo de montagem da bateria para garantir um bom contato entre os componentes.

Conclusão:

O princípio de trabalho das baterias de estado sólido não é apenas uma substituição simples de material, mas uma revolução do paradigma que muda da migração de íons líquidos para a condução de íons de estado sólido. Ele oferece energia com mais segurança e eficiência através de uma robusta "ponte de íons de estado sólido". Para drones, não se trata apenas de substituir uma bateria; Ele marca o início de uma época nova de voo.

A Zyebattery sempre foi focada em tecnologias de energia de ponta. Seguimos de perto o desenvolvimento de tecnologias de próxima geração, como baterias de estado sólido, e estamos comprometidos em fornecer ao mercado soluções de energia drones mais seguras e poderosas no futuro, ajudando nossos clientes a voar mais alto, mais longe e com mais segurança.