Le batterie allo stato solido utilizzano la grafite?

Le batterie allo stato solido utilizzano la grafite?

La risposta dipende e contaPrestazioni dell'UAV

La maggior parte delle persone che fanno questa domanda stanno cercando di capire cosa c'è effettivamente all'interno di una batteria a stato solido rispetto a una convenzionale. È una cosa ragionevole volerlo sapere, soprattutto se si prendono decisioni di approvvigionamento basate su dichiarazioni di prestazioni che fanno riferimento alla densità di energia, alla durata del ciclo o alla capacità di ricarica.

La risposta diretta: alcunibatterie allo stato solidousano anodi di grafite e alcuni no. Il tipo che stai guardando influisce in modo significativo sui vantaggi prestazionali che puoi aspettarti e comprendere la differenza aiuta a superare il linguaggio di marketing che spesso oscura ciò che stai effettivamente acquistando.

Perché la grafite è importante nelle batterie al litio convenzionali

Nelle batterie standard ai polimeri di litio e agli ioni di litio, la grafite è il materiale anodico predefinito. Gli ioni di litio si intercalano nella struttura della grafite durante la carica – essenzialmente scivolando tra strati di atomi di carbonio – e vengono rilasciati durante la scarica. La grafite è abbondante, relativamente economica, ben caratterizzata ed è il materiale anodico standard del settore da 30 anni.

Il limite della grafite è il limite massimo di accumulo di energia. Ciascuna unità di grafite può ospitare solo un numero fisso di ioni di litio in base alla sua struttura cristallina. Tale limite stabilisce un limite massimo alla densità energetica di qualsiasi batteria che utilizzi anodi di grafite: circa da 200 a 260 Wh/kg a livello di pacco per le batterie ai polimeri di litio di qualità attualmente in produzione.

Stato solido di prima generazione: anodi di grafite ancora presenti

Il primo commercialmente validobatterie allo stato solido- comprese molte batterie UAV allo stato solido attualmente disponibili - mantenere gli anodi di grafite e sostituire solo l'elettrolito. L'elettrolita organico liquido viene sostituito con un materiale solido, ma l'architettura dell'elettrodo rimane riconoscibile.

Questo approccio è pratico perché consente ai produttori di adattare i processi di produzione degli elettrodi esistenti anziché svilupparne di completamente nuovi. L'elettrolita solido offre comunque miglioramenti significativi in ​​termini di sicurezza e durata rispetto agli equivalenti elettroliti liquidi, eliminando il rischio di fuga termica derivante dall'elettrolita liquido infiammabile e riducendo la formazione di SEI che nel tempo degrada gli anodi di grafite nelle celle LiPo.

Ciò che questo design non offre è il massimo vantaggio in termini di densità energetica associato alla tecnologia a stato solido. Con gli anodi di grafite, il soffitto di accumulo dell'energia è simile alle tradizionali batterie agli ioni di litio. I miglioramenti della densità energetica a livello di pacco derivano principalmente dalla riduzione del peso dell’elettrolita e da un imballaggio più stretto piuttosto che da una capacità anodica sostanzialmente più elevata.

Stato solido di nuova generazione: anodi metallici al litio senza grafite

La versione della tecnologia delle batterie a stato solido che fornisce i numeri di densità energetica che compaiono nei titoli dei giornali del settore sostituisce interamente la grafite con anodi metallici al litio.

Il litio metallico immagazzina circa 10 volte più energia per grammo rispetto alla grafite. Una batteria con un anodo di litio metallico invece di un anodo di grafite può teoricamente raggiungere una densità di energia notevolmente più elevata, da cui provengono i dati da 350 a 400+ Wh/kg per le batterie a stato solido avanzate.

L'elettrolita solido è essenziale per questo progetto. Nelle batterie ad elettrolita liquido, gli anodi metallici di litio creano una crescita di dendriti, filamenti metallici che alla fine causano cortocircuiti. Gli elettroliti solidi forniscono una barriera fisica che sopprime la penetrazione dei dendriti, rendendo gli anodi di litio metallico vitali in un modo in cui non sono nelle celle convenzionali ai polimeri di litio.

Questa è l'architettura che offre sia il vantaggio in termini di densità energetica che il miglioramento del profilo di sicurezza associati alle batterie allo stato solido nella loro massima capacità.

Cosa significa quando si valutano le batterie UAV a stato solido

Quando un produttore descrive il proprio prodotto come una "batteria a stato solido", vale la pena porre specificamente la domanda sulla grafite:

Questa batteria utilizza un anodo di grafite o un anodo di litio metallico?

Una batteria allo stato solido con anodo di grafite offre maggiore sicurezza e durata rispetto alle batterie LiPo – vantaggi significativi – ma non il massimo miglioramento della densità di energia di cui la tecnologia è capace. Una batteria allo stato solido con anodo metallico di litio offre il pieno vantaggio della densità energetica insieme ai miglioramenti della sicurezza.

Per gli operatori UAV in cui la resistenza è il vincolo principale, questa distinzione determina se l’aggiornamento allo stato solido estende effettivamente il tempo di volo in modo significativo o migliora principalmente la sicurezza e la longevità senza modificare l’equazione energetica.

Architettura della batteria UAV a stato solido di ZYEBATTERY

ZYEBATTERYsviluppa batterie UAV allo stato solido agli ioni di litio con architettura anodica documentata, perché per gli operatori che confrontano le dichiarazioni sulla densità energetica dei fornitori, sapere se tali dichiarazioni sono basate sulla progettazione dell'anodo in grafite o al litio metallico è parte della comprensione di ciò che si sta effettivamente acquistando.

La domanda sulla grafite ha una risposta specifica per ogni batteria a stato solido. Assicurati di averlo prima di prendere la decisione di acquisto.