Да ли се солид стате батерије деградирају?

Да ли се солид стате батерије деградирају? Да — али другачије него што бисте очекивали

Свака батерија деградира. Свако ко вам продаје батерију која не продаје не продаје вам батерију – они вам продају причу. Право питање за УАВ оператере није да личврсте батериједеградирају, али како се деградирају, колико брзо и да ли је тај образац деградације бољи или гори за комерцијалне операције од онога на шта сте навикли код литијум полимерних паковања.

Одговори на сва 3 су кориснији од једноставног да или не.

Како се конвенционалне ЛиПо батерије деградирају

Да бисмо разумели зашто је деградација чврстог стања другачија, помаже да се познају примарни механизми који ограничавају век трајања ЛиПо батерије.

Оксидација електролита је доминантан пут дуготрајне деградације у већини ЛиПо ћелија. Течни органски електролит споро реагује са површинама електрода током поновљених циклуса пуњења-пражњења, формирајући слој који се назива интерфаза чврстог електролита (СЕИ). Овај слој постепено повећава унутрашњи отпор и троши литијум који више не може да учествује у складиштењу енергије — смањујући капацитет циклус по циклус.

Литијумско облагање се јавља током брзог пуњења или пуњења при ниским температурама, када литијум јони стигну до графитне аноде брже него што се могу апсорбовати. Метални литијум се таложи на површини аноде, смањујући капацитет и повећавајући ризик од унутрашњих кратких спојева током времена.

Структурни замор катоде се дешава јер поновљено ширење и контракција материјала електроде током циклуса узрокује микроскопско пуцање у честицама катоде — смањујући површину доступну за јонску размену и прогресивно ограничавајући капацитет.

Сва 3 ова механизма су спојена. ЛиПо паковање од 400 циклуса није само старије – то је акумулирана штета са сва 3 пута истовремено.

КакоСолид Стате батеријеДеграде Дифферентли

Уклањање течног електролита мења који су механизми деградације активни и колико брзо напредују.

Оксидација електролита је драматично смањена. Чврсти електролити не реагују са површинама електрода на исти начин као течни електролити. Формација СЕИ која троши капацитет литијума у ​​ЛиПо ћелијама или се не формира или се формира много спорије у ћелијама чврстог стања. Ово је примарни разлог зашто чврсте батерије показују боље задржавање капацитета током више циклуса — не губе литијум због раста СЕИ истом брзином.

Динамика литијумске превлаке се мења. У ћелијама чврстог стања које користе литијум металне аноде, литијумске плоче и траке инхерентно као део нормалног рада. Чврсти електролит пружа физичку баријеру против продирања дендрита коју течни електролити не могу — што теоретски омогућава брже пуњење без истог ризика од деградације у вези са облогом који ограничава стопе пуњења ЛиПо.

Појављује се нови механизам деградације: раздвајање интерфејса. Ово је изазов специфичан за хемију чврстог стања. Како се електроде шире и скупљају током циклуса, чврсти електролит не тече да би одржао контакт као течни електролит. Микроскопске празнине се могу развити између електрода и површина електролита — повећавајући отпор и смањујући ефикасност преноса јона. У тренутној генерацији чврстих УАВ батерија, ово управљање интерфејсом је један од примарних инжењерских изазова који утичу на животни век циклуса.

Шта ово значи за оператере УАВ у пракси

Нето ефекат ових различитих механизама деградације:чврсте батерије у комерцијалним УАВ апликацијамаобично показују спорије смањење капацитета по циклусу од еквивалентних ЛиПо паковања — 600 до 900 циклуса при 80% задржавања капацитета наспрам 300 до 500 за ЛиПо у упоредивим условима.

Али деградација није невидљива или нула. Солид стате пакети временом губе капацитет. Брзина је спорија, механизми су различити, а понашање на крају животног века је генерално предвидљивије — али оператери који планирају распореде замене и даље морају да узму у обзир деградацију уместо да претпоставе да ће чврсти пакети радити заувек.

Предвидљивија крива деградације чврстих батерија је заправо корисна за управљање возним парком. Смањење капацитета у ћелијама чврстог стања има тенденцију да буде више линеарно и мање склоно наглим падовима које старе ЛиПо паковања понекад показују када акумулирана оштећења СЕИ достигну праг. Та линеарност олакшава планирање времена замене.

ЗИЕБАТТЕРИ-јева документација о деградацији

ЗИЕБАТТЕРИпружа податке о животном циклусу и задржавању капацитета за чврсте литијум-јонске и литијум-полимерне УАВ батерије високих перформанси на основу тестирања стварних радних услова — не само на лабораторијским идеалима. За оператере који граде буџете за замену и распореде управљања возним парком, познавање стварне криве деградације је важно колико и познавање почетних перформанси.

Солид стате батерије деградирају. Они то раде спорије, предвидљивије и из различитих разлога од ЛиПо пакета које је већина оператера навикла да мења.