Una batteria allo stato solido utilizza il litio?

Fa aBatteria a stato solidoUtilizzare il litio? 

Sì, ma non nello stesso modo

SÌ,batterie allo stato solidoutilizzare il litio. Quella parte è semplice. Ciò che è più interessante – e più utile per chiunque cerchi di capire perché le batterie allo stato solido funzionano in modo diverso da quelle convenzionali – è il modo in cui viene utilizzato il litio e cosa cambia quando si passa da un design con elettrolita liquido a uno solido.

La differenza non è solo nei dettagli tecnici. Spiega le dichiarazioni sulle prestazioni che vedi nella commercializzazione delle batterie allo stato solido e ti aiuta a valutare se tali dichiarazioni si applicano alla batteria specifica che stai prendendo in considerazione.

Il ruolo del litio in qualsiasi batteria

In ogni batteria al litio, allo stato solido o convenzionale, il litio è lo ione di lavoro. Durante la carica, gli ioni di litio lasciano il catodo (elettrodo positivo), viaggiano attraverso l'elettrolita e vengono immagazzinati nell'anodo (elettrodo negativo). Durante la scarica, il processo si inverte: gli ioni di litio si spostano dall'anodo attraverso l'elettrolita al catodo e l'energia rilasciata in quel movimento alimenta il drone.

Il compito dell'elettrolita è semplicemente quello di lasciare che gli ioni di litio lo attraversino bloccando al contempo gli elettroni, che sono invece costretti a viaggiare attraverso il circuito esterno, alimentando i motori. Che l’elettrolita sia liquido o solido, il litio svolge lo stesso lavoro fondamentale.

Ciò che cambia è la posizione in cui il litio viene immagazzinato nell’anodo e l’efficienza con cui avviene tale stoccaggio.

Come le batterie convenzionali immagazzinano il litio nell'anodo

Nelle batterie standard ai polimeri di litio, l'anodo è in grafite. Gli ioni di litio non si accumulano semplicemente sulla grafite: si intercalano, nel senso che scivolano tra gli strati di atomi di carbonio nella struttura cristallina della grafite. Ciascuna unità di grafite può contenere solo un numero fisso di ioni di litio, determinato dalla geometria del cristallo.

Questo meccanismo di intercalazione è stabile e ben compreso, ma stabilisce un limite rigido alla quantità di litio che un anodo di grafite può immagazzinare per grammo di materiale. Questo limite fa parte di ciò che limita la densità energetica delle batterie LiPo convenzionali a circa 200-260 Wh/kg a livello di pacco, indipendentemente da quanto sia buono il resto del design.

In che modo le batterie a stato solido possono utilizzare il litio in modo diverso

È qui che la progettazione a stato solido crea un'opportunità di prestazioni significativa.

Poiché gli elettroliti solidi possono bloccare fisicamente la penetrazione dei dendriti – i filamenti metallici che rendono pericolosi gli anodi di litio metallico nelle batterie ad elettrolita liquido – le batterie allo stato solido possono sostituire gli anodi di grafite con litio metallico puro.

Il litio metallico non si intercala. Placca e spela direttamente come metallo sfuso durante la carica e la scarica. E il litio metallico immagazzina circa 10 volte più ioni di litio per grammo rispetto alla grafite.

Il risultato: una batteria allo stato solido con un anodo di litio metallico non raggiunge lo stesso limite di densità energetica di un modello con anodo di grafite. Questa è l'architettura alla base dei valori di densità energetica a livello di pacco da 350 a 400+ Wh/kg associati alle batterie avanzate allo stato solido: numeri che non sono ottenibili con gli anodi di grafite indipendentemente dal tipo di elettrolita.

Perché questa distinzione è importante quando si valutano i prodotti

Non tutte le batterie allo stato solido utilizzano anodi metallici al litio. I progetti a stato solido di prima generazione spesso mantengono gli anodi di grafite e sostituiscono solo l'elettrolita. Queste batterie offrono maggiore sicurezza e durata rispetto alle LiPo – veri vantaggi – ma la loro densità di energia è simile alle tradizionali batterie agli ioni di litio, non notevolmente superiore.

Quando vedi una batteria a stato solido che dichiara 350+ Wh/kg, dietro quel numero c'è un anodo di litio metallico. Quando ne vedi uno che dichiara da 210 a 240 Wh/kg, quasi certamente utilizza grafite: l'elettrolita è cambiato, ma l'anodo no.

Per gli operatori UAV che scelgono tra le opzioni a stato solido, chiedere "questa batteria utilizza un anodo di litio metallico o grafite?" ti dice immediatamente se le indicazioni sulla densità energetica si basano sul pieno vantaggio dello stato solido o solo sulla sostituzione dell'elettrolita.

Documentazione sull'architettura dell'anodo di ZYEBATTERY

ZYEBATTERYfornisce le specifiche dell'architettura dell'anodo per le batterie UAV allo stato solido agli ioni di litio e ai polimeri di litio ad alte prestazioni, perché sapere se nell'anodo è presente litio metallico o grafite determina se i numeri di densità energetica sulla scheda tecnica provengono da una progettazione completamente allo stato solido o da un approccio ibrido.

Batterie allo stato solidoutilizzare il litio. La domanda più utile è dove e come – e quella domanda ha una risposta specifica e documentabile.