Come funziona una batteria a stato solido?

Come funziona aBatteria a stato solidoLavoro? Una semplice spiegazione per gli operatori UAV

Capire come abatteria allo stato solidofunziona non richiede una laurea in chimica. È necessario comprendere una differenza fondamentale rispetto alle batterie con cui hai già familiarità e quindi seguire la logica di ciò che cambia tale differenza.

Ecco la spiegazione più chiara del funzionamento delle batterie a stato solido, scritta per chi pilota droni piuttosto che per chi li costruisce.

Inizia con ciò che fa ogni batteria

Ogni batteria: batteria del telefono,batteria del drone, batteria per auto: fa lo stesso lavoro di base. Immagazzina energia chimica e la converte in energia elettrica su richiesta.

All'interno di ogni batteria al litio ci sono 3 componenti essenziali: un elettrodo positivo chiamato catodo, un elettrodo negativo chiamato anodo e uno strato intermedio chiamato elettrolita che si trova tra di loro. Durante la carica, gli ioni di litio si spostano dal catodo, attraverso l’elettrolita, e nell’anodo, immagazzinando energia in quella disposizione. Durante la scarica, gli ioni tornano nella direzione opposta e l'energia rilasciata in quel movimento alimenta i motori del drone.

Il compito dell'elettrolita è specifico: lascia passare gli ioni di litio, ma blocca gli elettroni. Gli elettroni devono viaggiare attraverso il circuito esterno – attraverso i controller del motore, i motori e l’elettronica di volo – ed è così che svolgono un lavoro utile. Se gli elettroni potessero attraversare direttamente l’elettrolita, la batteria andrebbe immediatamente in cortocircuito.

Ciò che rende diverso lo stato solido

Nelle batterie convenzionali ai polimeri di litio, l'elettrolita è un liquido o gel, in particolare un solvente organico contenente sali di litio disciolti. Funziona bene È anche infiammabile, sensibile alla temperatura e si degrada nel tempo attraverso reazioni chimiche con le superfici degli elettrodi.

Una batteria a stato solido sostituisce quella liquida con un materiale solido. L’elettrolita solido svolge esattamente lo stesso lavoro, lasciando passare gli ioni di litio e bloccando gli elettroni, ma lo fa attraverso un meccanismo fisico fondamentalmente diverso.

Invece di andare alla deriva attraverso il liquido, gli ioni si muovono attraverso una struttura solida cristallina o amorfa, saltando tra i siti di conduzione degli ioni all'interno del materiale. A seconda della chimica dell'elettrolita, questi materiali solidi potrebbero essere ceramici (come LLZO - ossido di litio lantanio e zirconio), polimeri o composti di solfuro. Ciascuno ha conduttività ionica, prestazioni di temperatura e caratteristiche di produzione diverse.

Cosa cambia in termini di prestazioni

Poiché l’elettrolita è ora solido, diverse cose cambiano contemporaneamente:

Il rischio incendio diminuisce notevolmente. Il solvente organico che rende infiammabili gli elettroliti liquidi non è presente. Non c'è nulla che possa incendiarsi nella sequenza di fuga termica che causa gli incendi delle batterie al litio. Una cella a stato solido danneggiata meccanicamente perde la sua funzione anziché diventare un pericolo di incendio.

La cella può ospitare un anodo di litio metallico. Nelle batterie ad elettrolita liquido, gli anodi metallici di litio causano la crescita dei dendriti, filamenti metallici che alla fine mettono in cortocircuito la cella. Gli elettroliti solidi sono sufficientemente densi da bloccare fisicamente la penetrazione dei dendriti, rendendo vitali gli anodi metallici di litio. Il litio metallico immagazzina circa 10 volte più energia per grammo rispetto agli anodi di grafite utilizzati nelle batterie convenzionali, il che è all’origine dei vantaggi in termini di densità energetica delle batterie allo stato solido.

Il degrado rallenta. Gli elettroliti liquidi reagiscono gradualmente con le superfici degli elettrodi nel corso di centinaia di cicli di carica, formando strati che aumentano la resistenza interna e riducono la capacità. Gli elettroliti solidi sono chimicamente più stabili e reagiscono più lentamente con i materiali degli elettrodi. Questa stabilità è il motivo per cui le batterie allo stato solido dimostrano un ciclo di vita più lungo in condizioni operative comparabili.

Ciò che non è cambiato

L'operazione fondamentale - gli ioni di litio che si muovono avanti e indietro tra catodo e anodo attraverso un elettrolita - è identica a quella di ogni batteria al litio che hai usato prima. L'intervallo di tensione è simile. Il processo di carica e scarica segue gli stessi principi. La batteria necessita ancora di un sistema di gestione della batteria per monitorare le tensioni delle celle, gestire il bilanciamento e proteggersi da condizioni di abuso.

Lo stato solido non è un tipo diverso di accumulo di energia. È dello stesso tipo, con 1 componente, l'elettrolita, riprogettato in modo da eliminare le limitazioni più significative della chimica convenzionale delle batterie al litio.

Batterie UAV allo stato solido di ZYEBATTERY

ZYEBATTERYsviluppa batterie UAV allo stato solido agli ioni di litio e ai polimeri di litio ad alte prestazioni per applicazioni commerciali con droni. Capire come funziona la tecnologia è il punto di partenza per capire perché le caratteristiche prestazionali differiscono e per prendere decisioni sulla batteria basate sulla comprensione reale piuttosto che solo sui numeri delle schede tecniche.