Como as baterias de estado sólido se comparam às baterias de íons de lítio em termos de segurança?

Você já se preocupou com o seu telefone superaquecendo ou mesmo explodindo enquanto o cobra? Você já se sentiu preocupado com a segurança da bateria depois de ver reportagens de drones pegando fogo devido a problemas de bateria? Entre os vários tipos de baterias disponíveis,baterias de estado sólido e baterias de íons de lítiosão frequentemente comparados. Qual é mais seguro?

Para explorar essa pergunta, precisamos começar com os componentes principais das baterias.

1. Electrolyty: a primeira linha de defesa para segurança

As baterias de íons de lítio normalmente usam eletrólitos líquidos orgânicos, que têm um certo grau de inflamabilidade. Quando a bateria é submetida a impacto mecânico, sobrecarga ou altas temperaturas, podem ocorrer curtos circuitos internos, causando um rápido aumento na temperatura. O eletrólito líquido pode decompor e liberar gases inflamáveis, levando a combustão ou mesmo explosões, muitos dos quais estão relacionados à instabilidade do eletrólito líquido.

Em contraste, Battery semi-sólida Use eletrólitos sólidos, como cerâmica ou polímeros, que exibem excelente estabilidade química e não inflamabilidade. Mesmo em condições extremas, é improvável que eletrólitos sólidos se decomponham ou vazem, reduzindo significativamente o risco de incêndio ou explosão. Os eletrólitos sólidos de sulfeto têm um ponto de ignição superior a 500 ° C, enquanto os eletrólitos de óxido permanecem estáveis ​​mesmo a 800 ° C.

Estruturalmente, os eletrodos nas baterias de íons de lítio são espaçados, tornando -os propensos ao crescimento de dendritos. Os dendritos são cristais semelhantes a árvores formados pela deposição desigual de íons de lítio na superfície do eletrodo durante o carregamento e descarregamento. 

Eles podem perfurar o separador, causando curtos circuitos internos e incidentes de segurança. Por outro lado, os eletrólitos sólidos em baterias de estado sólido têm alta resistência mecânica, suprimindo efetivamente o crescimento e a penetração do dendrito, aumentando ainda mais a segurança da bateria.

2. Competição de sobrevivência em ambientes extremos

A -20 ° C, o eletrólito líquido nas baterias de íons de lítio se torna viscoso, causando uma queda acentuada na eficiência da condutividade do íon. Isso não apenas reduz a duração da bateria, mas também pode exacerbar o crescimento do dendrito devido a cobrança e descarga desiguais. Em contraste,Baterias de estado sólidoO uso de eletrólitos de sulfeto pode manter mais de 70% de sua capacidade a -40 ° C, e a taxa de crescimento do dendrito a baixas temperaturas é apenas um quinto a das baterias de íons de lítio.

A lacuna se torna ainda mais pronunciada em ambientes de alta temperatura. Quando a temperatura ambiente atinge 45 ° C, as baterias de íons de lítio requerem um sistema de resfriamento para manter a segurança, enquanto as baterias de estado sólido, após 500 ciclos de carregamento contínuo e descarregamento a 60 ° C, exibem apenas um aumento de 3% na degradação da capacidade em comparação com as condições de temperatura ambiente.

3. Equilibrando a segurança no processo de comercialização

No entanto, as baterias de estado sólido atualmente enfrentam alguns desafios.

Por exemplo, seus custos de produção são relativamente altos e o processo de fabricação é mais complexo, o que, até certo ponto, limita sua aplicação em larga escala. As baterias de íons de lítio, por outro lado, passaram por anos de desenvolvimento, com tecnologia relativamente madura e custos mais baixos, tornando-os dominantes no mercado.

Embora teoricamente as baterias de estado sólido ofereçam segurança superior, elas ainda precisam enfrentar desafios práticos nesta fase.

A questão da impedância da interface das baterias de estado sólido ainda não foi totalmente resolvido, e alguns fabricantes adotaram um “Estado semi-sólidoSolução de transição - retêm uma pequena quantidade de eletrólito líquido para aumentar a condutividade.

A escolha de uma bateria está essencialmente escolhendo uma filosofia de segurança: as baterias de íon de lítio são como facas de precisão do exército suíço, alcançando a segurança controlável por meio de medidas de proteção complexas; As baterias de estado sólido são como uma rocha sólida, inerentemente estáveis ​​e resistentes a riscos.

No geral, em termos de segurança, Battery de estado sólido De fato, tem uma vantagem sobre as baterias de íons de lítio devido às características de seus eletrólitos de estado sólido e projeto estrutural superior. À medida que a tecnologia continua avançando, espera-se que o custo das baterias de estado sólido diminua gradualmente e elas podem substituir as baterias de íon de lítio em mais aplicações, fornecendo soluções de energia mais seguras para nossas vidas.  

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