Да ли чврста батерија користи литијум?

Да ли аСолид Стате БаттериКористите литијум? 

Да — али не на исти начин

да,чврсте батеријекористите литијум. Тај део је једноставан. Оно што је интересантније — и корисније за све који покушавају да схвате зашто се чврсте батерије понашају другачије од конвенционалних — јесте како се литијум користи и шта се мења када пређете са дизајна са течним електролитом на чврсти.

Разлика није само у инжењерским детаљима. Објашњава тврдње о перформансама које видите у маркетингу солид стате батерија и помаже вам да процените да ли се те тврдње односе на одређену батерију коју разматрате.

Улога литијума у ​​било којој батерији

У свакој литијумској батерији — чврстој или конвенционалној — литијум је радни јон. Током пуњења, литијум јони напуштају катоду (позитивна електрода), путују кроз електролит и складиште се у аноди (негативна електрода). Током пражњења, тај процес се обрће: литијум јони се крећу од аноде назад кроз електролит до катоде, а енергија ослобођена у том кретању покреће дрон.

Посао електролита је једноставно да пусти литијум јоне да прођу кроз њега док блокирају електроне - који су приморани да путују кроз спољашње коло, напајајући моторе. Без обзира да ли је тај електролит течан или чврст, литијум обавља исти основни посао.

Оно што се мења је где се литијум складишти у аноди и колико се ефикасно то складиштење дешава.

Како конвенционалне батерије чувају литијум на аноди

У стандардним литијум-полимер батеријама, анода је направљена од графита. Литијум јони се не акумулирају једноставно на графиту – они се интеркалирају, што значи да клизе између слојева атома угљеника у кристалној структури графита. Свака графитна јединица може да садржи само фиксни број литијум јона, одређен његовом кристалном геометријом.

Овај интеркалациони механизам је стабилан и добро схваћен, али поставља тврду границу колико литијума графитна анода може да ускладишти по граму материјала. Тај плафон је део онога што ограничава густину енергије конвенционалних ЛиПо батерија на отприлике 200 до 260 Вх/кг на нивоу паковања — без обзира колико је добар остатак дизајна.

Како чврсте батерије могу другачије да користе литијум

Ово је место где солид стате дизајн ствара значајну прилику за перформансе.

Пошто чврсти електролити могу физички да блокирају продирање дендрита — металне филаменте које чине литијум металне аноде опасним у батеријама са течним електролитом — батерије у чврстом стању могу заменити графитне аноде чистим литијумским металом.

Метални литијум се не интеркалира. Плоче и траке директно као расути метал током пуњења и пражњења. А литијум метал складишти око 10 пута више литијум јона по граму него графит.

Резултат: чврста батерија са литијум металном анодом не достиже исти плафон густине енергије као дизајн са графитном анодом. Ово је архитектура иза цифара густине енергије од 350 до 400+ Вх/кг на нивоу паковања повезаних са напредним чврстим батеријама — бројеви који се не могу постићи са графитним анодама без обзира на тип електролита.

Зашто је ово разликовање важно приликом процене производа

Не користе све чврсте батерије литијум металне аноде. Прве генерације чврстих конструкција често задржавају графитне аноде и замењују само електролит. Те батерије пружају побољшану сигурност и животни век у поређењу са ЛиПо – истинске предности – али њихова густина енергије је слична конвенционалним литијум-јонским батеријама, не драматично већа.

Када видите чврсту батерију која захтева 350+ Вх/кг, литијум метална анода је иза тог броја. Када видите неког са 210 до 240 Вх/кг, готово сигурно користи графит — електролит се променио, али анода није.

За оператере УАВ који бирају између опција у чврстом стању, питајући се „да ли ова батерија користи литијумску металну аноду или графит?“ одмах вам говори да ли су тврдње о густини енергије засноване на пуној предности чврстог стања или само на супституцији електролита.

ЗИЕБАТТЕРИ-јева документација о архитектури аноде

ЗИЕБАТТЕРИпружа спецификације анодне архитектуре за литијум-јонске и литијум-полимерне УАВ батерије високих перформанси — јер сазнање да ли је литијум метал или графит на аноди одређује да ли су бројеви густине енергије на листи са спецификацијама из потпуног чврстог дизајна или хибридног приступа.

Солид стате батеријекористите литијум. Корисније питање је где и како - и то питање има конкретан, документован одговор.