Kas pooljuhtakud lagunevad?

Kas pooljuhtakud lagunevad? Jah – aga teisiti, kui oskate oodata

Iga aku laguneb. Igaüks, kes müüb teile akut, mis ei müü, ei müü teile akut – nad müüvad teile lugu. UAV-operaatorite tõeline küsimus pole selles, kastahkispatareidlagunevad, vaid kuidas need lagunevad, kui kiiresti ja kas see lagunemismuster on äritegevuse jaoks parem või halvem kui see, millega olete harjunud liitiumpolümeerpakkide puhul.

Vastused kõigile kolmele on kasulikumad kui lihtsad jah või ei.

Kuidas tavalised LiPo akud lagunevad

Et mõista, miks tahkis olek lagunemine on erinev, aitab see teada peamisi mehhanisme, mis piiravad LiPo aku kasutusaega.

Elektrolüütide oksüdatsioon on enamikus LiPo rakkudes domineeriv pikaajaline lagunemisrada. Vedel orgaaniline elektrolüüt reageerib korduvate laadimis-tühjenemise tsüklite jooksul aeglaselt elektroodide pindadega, moodustades kihi, mida nimetatakse tahke elektrolüüdi interfaasiks (SEI). See kiht suurendab järk-järgult sisemist takistust ja tarbib liitiumi, mis ei saa enam energia salvestamisel osaleda, vähendades tsüklite kaupa mahtu.

Liitiumplaatimine toimub kiirlaadimise või madala temperatuuriga laadimise ajal, kui liitiumioonid jõuavad grafiidianoodile kiiremini, kui nad jõuavad imenduda. Metalliline liitium ladestub anoodi pinnale, vähendades mahtuvust ja suurendades aja jooksul sisemiste lühiste ohtu.

Katoodi struktuurne väsimus ilmneb siis, kui elektroodimaterjalide korduv paisumine ja kokkutõmbumine tsükli ajal põhjustab katoodiosakeste mikroskoopilisi pragusid, mis vähendab ioonivahetuseks saadaolevat pinda ja piirab järk-järgult võimsust.

Kõik need 3 mehhanismi ühinevad. 400 tsükliga LiPo pakk ei ole lihtsalt vanem – see on kogunenud kahjustused kõigist kolmest rajast korraga.

KuidasTahkispatareidDegradeeruda erinevalt

Vedela elektrolüüdi eemaldamine muudab, millised lagunemismehhanismid on aktiivsed ja kui kiiresti need arenevad.

Elektrolüütide oksüdatsioon on dramaatiliselt vähenenud. Tahked elektrolüüdid ei reageeri elektroodide pindadega samamoodi nagu vedelad elektrolüüdid. SEI moodustumine, mis tarbib LiPo rakkude liitiumimahtu, kas ei moodustu või moodustub tahkisrakkudes palju aeglasemalt. See on peamine põhjus, miks pooljuhtakud säilitavad parema mahutavuse rohkemate tsüklite jooksul – nad ei kaota liitiumit SEI kasvu tõttu samal kiirusel.

Liitiumkatte dünaamika muutub. Tahkiselementides, mis kasutavad liitiummetalli anoode, liitiumplaate ja -ribasid normaalse töö osana. Tahke elektrolüüt loob füüsilise barjääri dendriidi läbitungimise vastu, mida vedelad elektrolüüdid ei suuda – mis teoreetiliselt võimaldab kiiremat laadimist ilma sama plaadistusega seotud lagunemisriskita, mis piirab LiPo laadimiskiirust.

Ilmub uus lagunemismehhanism: liidese delaminatsioon. See on tahkiskeemia spetsiifiline väljakutse. Kuna elektroodid paisuvad ja tõmbuvad tsükli ajal kokku, ei voola tahke elektrolüüt, et säilitada kontakti nii, nagu seda teeb vedel elektrolüüt. Elektroodi ja elektrolüüdi pindade vahele võivad tekkida mikroskoopilised tühimikud, mis suurendavad takistust ja vähendavad iooniülekande efektiivsust. Praeguse põlvkonna UAV-i pooljuhtakude puhul on see liidese haldamine üks peamisi inseneriprobleeme, mis mõjutab tsükli eluiga.

Mida see UAV-operaatoritele praktikas tähendab?

Nende erinevate lagunemismehhanismide netomõju:pooljuhtakud kaubanduslikes UAV-rakendustesnäitavad tavaliselt aeglasemat võimsuse tuhmumist tsükli kohta kui samaväärsed LiPo pakendid – 600 kuni 900 tsüklit 80% mahutavuse säilitamisega võrreldes 300 kuni 500 LiPo puhul võrreldavates tingimustes.

Kuid lagunemine ei ole nähtamatu ega null. Tahkispaketid kaotavad aja jooksul mahutavuse. Kiirus on aeglasem, mehhanismid erinevad ja kasutusea lõpu käitumine on üldiselt prognoositavam – kuid asendusgraafikuid kavandavad operaatorid peavad siiski arvestama halvenemisega, selle asemel, et eeldada, et pooljuhtpaketid töötavad igavesti.

Tahkisakude prognoositavam lagunemiskõver on tegelikult kasulik sõidukipargi haldamisel. Tahkisrakkude võimsuse tuhmumine kipub olema lineaarsem ja vähem altid äkilistele langustele, mida vananevad LiPo pakendid mõnikord näitavad, kui kogunenud SEI kahjustused jõuavad läveni. See lineaarsus muudab asendamise ajastuse planeerimise lihtsamaks.

ZYEBATTERY lagunemise dokumentatsioon

ZYEBATTERYpakub andmeid tahkis-liitiumioon- ja suure jõudlusega liitiumpolümeer-UAV-akude tsükli eluea ja mahu säilivuse kohta, mis põhinevad tegelike töötingimuste testimisel – mitte ainult laboriideaalidel. Asenduseelarveid ja autopargi haldamise ajakavasid koostavate operaatorite jaoks on tegeliku lagunemiskõvera teadmine sama oluline kui algtulemuse teadmine.

Tahkispatareid lagunevad. Nad teevad seda lihtsalt aeglasemalt, etteaimatavamalt ja erinevatel põhjustel kui LiPo-pakette, mida enamik operaatoreid on harjunud asendama.