Kuidas töötavad drooni tahkis liitiumakud?

Ehkki traditsioonilised liitiumpolümeeri (lipo) akud on muutunud tavapäraseks, on nende ohutuse ja energiatiheduse kitsaskohad muutunud üha silmapaistvamaks. Erinevalt traditsioonilistest liitium-ioonakudest, mis tuginevad vedelatele elektrolüütidele, kasutavad tahkispatareisid täiesti teistsugust lähenemisviisi. Eeldatakse, et see uuenduslik disain pakub suuremat energiatihedust, suuremat ohutust ja pikemat kasutusaega.

Tahkispatareid liiguvad laborist rakenduste esirinnas. Niisiis, kuidas see väga oodatud tehnoloogia töötab? Kuidas see muudab droonide tulevikku?

Tahkispatareide tööprotsess on makroskoopiliselt sarnane liitiumpolümeerpatareidega, hõlmates endiselt liitiumioonide migratsiooni positiivsete ja negatiivsete elektroodide vahel. Kuid mikrotasandi rakendusmeetodid toovad kaasa erinevuste maailma.

Tahked elektrolüüdid: need on tavaliselt valmistatud spetsiaalsetest tahketest materjalidest, näiteks keraamika, sulfiidid või polümeerid. Nendel materjalidel on äärmiselt kõrge ioonjuhtivus, võimaldades liitiumioonidel kiiresti läbi saada, isoleerides ka elektrone, ühendades suurepäraselt juhtivuse ja eraldatuse kaks peamist funktsiooni.

Suure võimsusega elektrood

Anoodiinnovatsioon: tahke oleku patareide üks põnevamaid potentsiaali on võime kasutada anoodina otse liitiummetalli. Selle põhjuseks on asjaolu, et tahke elektrolüüt võib tõhusalt pärssida liitiumdendriitide kasvu ning dendriitide läbitungimine eraldaja kaudu on vedelate akude lühikeste vooluahelate ja tulekahjude peamine põhjus.

Positiivne elektroodiuuendus: ühendades kõrgepinge ja suure võimsusega positiivseid elektroodimaterjale (näiteks kõrge nikkekese kolmetahulist, liitiumrikast mangaanipõhist või isegi väävli positiivseid elektroode), saab kogu aku süsteemi energiapotentsiaali täielikult ära kasutada.

Tööprotsess

Kui aku laetakse või tühjendatakse, liiguvad liitiumioonid (Li⁺) positiivsete ja negatiivsete elektroodide vahel edasi -tagasi elektrivälja mõjul tahke elektrolüüdi kaudu, mis toimib tahke "sillana". Elektronid (E⁻) voolavad läbi välise vooluringi, moodustades sellega elektrivoolu mehitamata õhusõiduki toiteks.

Mis saab aku tahkes olekus vedelaid elektrolüüte asendada?

Traditsiooniliste liitium-ioonpatareide korral on vedel elektrolüüt anoodi ja katoodi vahelise ioonide levimise söötmena laadimis- ja tühjendamisel. Kuid tahkis-aku kujundus asendab selle vedeliku tahkete materjalidega, mis täidavad sama funktsiooni. Seda tahket elektrolüüti saab valmistada erinevatest materjalidest, sealhulgas keraamikast, polümeeridest või sulfiididest.

Tahkete elektrolüütide materjalide valik on ülioluline, kuna see mõjutab otseselt aku jõudlust, ohutust ja tootlikkust.

Polümeeri elektrolüüdid on valmistatud orgaanilistest materjalidest ja neil on rea erinevaid eeliseid:

1. paindlikkus: nad saavad jalgrattaprotsessi ajal kohaneda elektroodide mahumuutustega.

2. Lihtne tootmine: polümeer-elektrolüüte saab töödelda lihtsamate ja kulutõhusamate meetodite abil.

3. täiustatud liides: tavaliselt moodustavad need elektroodiga parema liidese, vähendades sellega takistust.

Tahkis-aku kujundamise üks peamisi väljakutseid, sõltumata kasutatud tahke elektrolüüdi tüübist, on liidese optimeerimine elektrolüüdi ja elektroodi vahel. Erinevalt vedelatest elektrolüütidest, mida on lihtne elektroodipindadele kinni pidada, tuleb tahked elektrolüüdid hoolikalt kavandada, et tagada hea kontakt ja tõhus ioonide ülekandumine.

Teadlased uurivad erinevaid strateegiaid nende liideste parandamiseks, sealhulgas::

1. pinnakatted: ühe ühilduvuse ja ioonide ülekande suurendamiseks kandke elektroodile või elektrolüütile õhuke kattekiht.

2. nanostruktureeritud liidesed: looge liidestes nanoskaala omadused, et suurendada pindala ja parandada ioonvahetust.

3. Survega seotud komplekt: aku kokkupaneku protsessi ajal kasutatakse kontrollitud rõhku, et tagada hea kontakt komponentide vahel.

Järeldus:

Tahkispatareide tööpõhimõte ei ole pelgalt lihtne materjali asendamine, vaid pigem paradigmarevolutsioon, mis nihkub vedela ioonide migratsioonilt tahkis-ioonide juhtivusele. See tarnib energiat turvalisemalt ja tõhusamalt läbi tugeva "tahke oleku ioonsilla". Droonide jaoks ei tähenda see üksnes aku asendamist; See tähistab uhiuue lennu ajastu algust.

Zyebattery on alati keskendunud tipptasemel energiatehnoloogiale. Jälgime tähelepanelikult järgmise põlvkonna tehnoloogiate väljatöötamist, näiteks tahkis-patareid ja oleme pühendunud turule tulevikus turvalisemate ja võimsamate droonide energialahendustega, aidates meie klientidel lennata kõrgemale, kaugemale ja turvalisemale.