Come funzionano le batterie al litio a stato solido drone?

Sebbene le batterie tradizionali di polimero di litio (LIPO) siano diventati mainstream, i loro colli di bottiglia di sicurezza e densità di energia sono diventati sempre più importanti. A differenza delle tradizionali batterie agli ioni di litio che si basano su elettroliti liquidi, le batterie a stato solido adottano un approccio completamente diverso. Questo design innovativo dovrebbe offrire una maggiore densità di energia, una maggiore sicurezza e una durata più lunga.

Le batterie a stato solido si stanno spostando dal laboratorio all'avanguardia delle applicazioni. Quindi, come funziona esattamente questa tecnologia molto attesa? Come cambierà il futuro dei droni?

Il processo di lavoro delle batterie a stato solido è macroscopicamente simile a quello delle batterie al litio-polimerico, comportando ancora la migrazione di ioni di litio tra elettrodi positivi e negativi. Tuttavia, i metodi di implementazione a livello micro determinano un mondo di differenza.

Elettroliti solidi: di solito sono realizzati con materiali solidi speciali come ceramica, solfuri o polimeri. Questi materiali hanno una conduttività ionica estremamente elevata, che consente agli ioni di litio di passare rapidamente e isolando anche gli elettroni, combinando perfettamente le due principali funzioni di conduzione e isolamento.

Elettrodo ad alta capacità

Innovazione anodo: uno dei potenziali più entusiasmanti delle batterie a stato solido è la capacità di utilizzare direttamente il metallo di litio come anodo. Questo perché l'elettrolita solido può inibire efficacemente la crescita dei dendriti di litio e la penetrazione dei dendriti attraverso il separatore è la causa principale di cortocircuiti e incendi nelle batterie liquide.

Aggiornamento dell'elettrodo positivo: combinando materiali elettrodi positivi ad alta tensione e ad alta capacità (come elettrodi a base di manganese o addirittura ricchi di litio o addirittura zolfo), il potenziale energetico dell'intero sistema di batterie può essere completamente sfruttato.

Processo di lavoro

Quando una batteria viene caricata o scaricata, gli ioni di litio (Li⁺) si muovono avanti e indietro tra gli elettrodi positivi e negativi sotto l'influenza di un campo elettrico attraverso l'elettrolita solido, che funge da solido "ponte". Gli elettroni (E⁻) fluiscono attraverso il circuito esterno, formando così una corrente elettrica per alimentare il veicolo aereo senza pilota.

Nella progettazione della batteria a stato solido, cosa può sostituire gli elettroliti liquidi?

Nelle tradizionali batterie agli ioni di litio, l'elettrolita liquido funge da mezzo per la propagazione degli ioni tra l'anodo e il catodo durante i cicli di ricarica e scarica. Tuttavia, il design della batteria a stato solido sostituisce questo liquido con materiali solidi che svolgono la stessa funzione. Questo elettrolita solido può essere realizzato con vari materiali, tra cui ceramica, polimeri o solfuri.

La selezione di materiali elettroliti solidi è di vitale importanza in quanto influisce direttamente sulle prestazioni, la sicurezza e la produzione della batteria.

Gli elettroliti polimerici sono realizzati con materiali organici e hanno una serie di diversi vantaggi:

1. Flessibilità: possono adattarsi alle variazioni di volume degli elettrodi durante il processo di ciclismo.

2. Facili da fabbricare: gli elettroliti polimerici possono essere elaborati utilizzando metodi più semplici e più convenienti.

3. Interfaccia migliorata: di solito formano un'interfaccia migliore con l'elettrodo, riducendo così la resistenza.

Una delle sfide chiave nella progettazione della batteria a stato solido, indipendentemente dal tipo di elettrolita solido utilizzato, è ottimizzare l'interfaccia tra l'elettrolita e l'elettrodo. A differenza degli elettroliti liquidi che sono facili da aderire alle superfici degli elettrodi, gli elettroliti solidi devono essere progettati attentamente per garantire un buon contatto e un efficiente trasferimento di ioni.

I ricercatori stanno esplorando varie strategie per migliorare queste interfacce, tra cui:

1. Rivestimento di superficie: applicare un rivestimento sottile sull'elettrodo o l'elettrolita per migliorare la compatibilità e il trasferimento di ioni.

2. Interfacce nanostrutturate: creare funzionalità di nanoscala sulle interfacce per aumentare la superficie e migliorare lo scambio di ioni.

3. Assemblaggio assistito dalla pressione: durante il processo di assemblaggio della batteria viene utilizzata la pressione controllata per garantire un buon contatto tra i componenti.

Conclusione:

Il principio di lavoro delle batterie a stato solido non è semplicemente una semplice sostituzione del materiale, ma piuttosto una rivoluzione del paradigma che si sposta dalla migrazione di ioni liquidi alla conduzione ionica a stato solido. Fornisce energia in modo più sicuro ed efficiente attraverso un robusto "ponte ionico a stato solido". Per i droni, non si tratta solo di sostituire una batteria; Segna l'inizio di un'era nuova di volo.

Zyebattery si è sempre concentrato sulle tecnologie energetiche all'avanguardia. Seguiamo da vicino lo sviluppo di tecnologie di prossima generazione come le batterie a stato solido e ci impegniamo a fornire al mercato soluzioni di energia dei droni più sicure e più potenti in futuro, aiutando i nostri clienti a volare più in alto, più lontano e più sicuro.