Wie funktionieren Lithium-Batterien von Drohnen-Festkörperstaaten?

Obwohl traditionelle Lithium -Polymer -Batterien (LIPO) zu Mainstream geworden sind, sind ihre Engpässe der Sicherheits- und Energiedichte immer deutlicher geworden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, die sich auf Flüssigelektrolyte verlassen, verfolgen Festkörperbatterien einen völlig anderen Ansatz. Dieses innovative Design wird voraussichtlich eine höhere Energiedichte, größere Sicherheit und eine längere Lebensdauer bieten.

Festkörperbatterien bewegen sich vom Labor in die Vorderseite der Anwendungen. Wie genau funktioniert diese mit Spannung erwartete Technologie? Wie wird es die Zukunft der Drohnen verändern?

Der Arbeitsprozess von Festkörperbatterien ähnelt makroskopisch der von Lithium-Polymer-Batterien, die immer noch die Migration von Lithiumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden umfasst. Die Implementierungsmethoden auf Mikroebene führen jedoch zu einer Welt des Unterschieds.

Feste Elektrolyte: Sie bestehen normalerweise aus speziellen festen Materialien wie Keramik, Sulfiden oder Polymeren. Diese Materialien haben eine extrem hohe ionische Leitfähigkeit, sodass Lithiumionen schnell durchlaufen und gleichzeitig Elektronen isolieren können und die beiden Hauptfunktionen von Leitung und Isolation perfekt kombinieren können.

Elektrode mit hoher Kapazität

Anodeninnovation: Einer der aufregendsten Potenziale von Festkörperbatterien ist die Möglichkeit, Lithium-Metall als Anode direkt zu verwenden. Dies liegt daran, dass der feste Elektrolyt das Wachstum von Lithium -Dendriten wirksam hemmen kann, und die Eindringen von Dendriten durch den Separator ist die Hauptursache für Kurzschlüsse und Brände in Flüssigkeitsbatterien.

Positive Elektroden-Upgrade: Durch Kombination von positiven Elektrodenmaterialien mit hoher Spannung und hoher Kapazität (z.

Arbeitsprozess

Wenn eine Batterie geladen oder entlassen wird, bewegen sich Lithiumionen (LI⁺) zwischen den positiven und negativen Elektroden unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes durch den festen Elektrolyten, der als feste "Brücke" dient, hin und her. Elektronen (E⁻) fließen durch den externen Stromkreis und bilden dadurch einen elektrischen Strom, um das unbemannte Luftfahrzeug mit Strom zu versorgen.

Was kann bei der Festkörperbatterie-Konstruktion Flüssigelektrolyte ersetzen?

In traditionellen Lithium-Ionen-Batterien dient der Flüssigelektrolyt als Medium für die Ausbreitung von Ionen zwischen Anode und Kathode während des Ladungs- und Entladungszyklen. Das Design der Festkörperbatterie ersetzt diese Flüssigkeit jedoch durch feste Materialien, die dieselbe Funktion ausführen. Dieser feste Elektrolyt kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, einschließlich Keramik, Polymeren oder Sulfiden.

Die Auswahl der massiven Elektrolytmaterialien ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Leistung, Sicherheit und Herstellung der Batterie direkt beeinflusst.

Polymerelektrolyte bestehen aus organischen Materialien und haben eine Reihe unterschiedlicher Vorteile:

1. Flexibilität: Sie können sich während des Radfahrenprozesses an die Volumenänderungen von Elektroden anpassen.

2. Einfach zu produzieren: Polymerelektrolyte können mit einfacheren und kostengünstigeren Methoden verarbeitet werden.

3. Verbesserte Schnittstelle: Sie bilden normalerweise eine bessere Schnittstelle zur Elektrode, wodurch der Widerstand verringert wird.

Eine der wichtigsten Herausforderungen beim Design der Festkörperbatterie, unabhängig von der Art des verwendeten festen Elektrolyten, besteht darin, die Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Elektrode zu optimieren. Im Gegensatz zu flüssigen Elektrolyten, die sich leicht an Elektrodenoberflächen halten können, müssen feste Elektrolyte sorgfältig ausgelegt werden, um einen guten Kontakt und eine effiziente Ionenübertragung zu gewährleisten.

Forscher untersuchen verschiedene Strategien zur Verbesserung dieser Schnittstellen, einschließlich:

1. Oberflächenbeschichtung: Tragen Sie eine dünne Beschichtung auf die Elektrode oder den Elektrolyten auf, um die Kompatibilität und die Ionenübertragung zu verbessern.

2. Nanostrukturierte Schnittstellen: Erstellen Sie nanoskalige Merkmale an den Grenzflächen, um die Oberfläche zu erhöhen und den Ionenaustausch zu verbessern.

3. Druckunterstützung: Während des Batteriebaugruppesprozesses wird ein kontrollierter Druck verwendet, um einen guten Kontakt zwischen den Komponenten zu gewährleisten.

Abschluss:

Das Arbeitsprinzip von Festkörperbatterien ist nicht nur ein einfacher materieller Ersatz, sondern eine Paradigmenrevolution, die sich von der Migration der flüssigen Ionen zur Leitung von Festkörperionen verlagert. Es liefert Energie sicherer und effizienter durch eine robuste "Festkörper-Ionenbrücke". Bei Drohnen geht es nicht nur darum, eine Batterie zu ersetzen. Es markiert den Beginn einer brandneuen Flugzeit.

Zyebattery konzentrierte sich schon immer auf hochmoderne Energietechnologien. Wir verfolgen die Entwicklung von Technologien der nächsten Generation wie Festkörperbatterien genau und verpflichten uns, den Markt in Zukunft sicherere und leistungsstärkere Drohnenleistungslösungen zu bieten und unseren Kunden zu helfen, weiter, weiter und sicherer zu fliegen.