Comment fonctionnent les batteries au lithium à l'état solide de drone?

Bien que les batteries traditionnelles en polymère de lithium (LIPO) soient devenues courant, leurs goulots d'étranglement de la sécurité et de la densité énergétique sont devenus de plus en plus importants. Contrairement aux batteries lithium-ion traditionnelles qui reposent sur des électrolytes liquides, les batteries à semi-conducteurs adoptent une approche complètement différente. Cette conception innovante devrait offrir une densité d'énergie plus élevée, une plus grande sécurité et une durée de vie plus longue.

Les batteries à semi-conducteurs se déplacent du laboratoire à la pointe des applications. Alors, comment fonctionne exactement cette technologie très attendue? Comment va-t-il changer l'avenir des drones?

Le processus de travail des batteries à semi-conducteurs est macroscopiquement similaire à celui des batteries au lithium-polymère, impliquant toujours la migration des ions lithiums entre les électrodes positives et négatives. Cependant, les méthodes de mise en œuvre au niveau micro provoquent un monde de différence.

Électrolytes solides: Ils sont généralement faits de matériaux solides spéciaux tels que la céramique, les sulfures ou les polymères. Ces matériaux ont une conductivité ionique extrêmement élevée, permettant aux ions de lithium de passer rapidement tout en isolant les électrons, combinant parfaitement les deux principales fonctions de conduction et d'isolement.

Électrode à haute capacité

Innovation sur l'anode: L'un des potentiels les plus excitants des batteries à semi-conducteurs est la possibilité d'utiliser directement le lithium métal comme anode. En effet, l'électrolyte solide peut inhiber efficacement la croissance des dendrites au lithium, et la pénétration des dendrites à travers le séparateur est la principale cause de courts circuits et d'incendie dans les batteries liquides.

Mise à niveau positive de l'électrode: en combinant des matériaux d'électrodes positifs à haute tension et à haute capacité (tels que des électrodes positives à base de ternaire à haut nickel, à base de manganèse riche en lithium ou même au soufre), le potentiel énergétique de l'ensemble du système de batterie peut être entièrement exploité.

Processus de travail

Lorsqu'une batterie est chargée ou déchargée, les ions lithiums (li⁺) se déplacent entre les électrodes positives et négatives sous l'influence d'un champ électrique à travers l'électrolyte solide, qui sert de "pont" solide. Les électrons (E⁻) circulent à travers le circuit externe, formant ainsi un courant électrique pour alimenter le véhicule aérien sans pilote.

Dans la conception de la batterie à semi-conducteurs, que peut remplacer les électrolytes liquides?

Dans les batteries au lithium-ion traditionnelles, l'électrolyte liquide sert de milieu de propagation des ions entre l'anode et la cathode pendant les cycles de charge et de décharge. Cependant, la conception de la batterie à semi-conducteurs remplace ce liquide par des matériaux solides qui remplissent la même fonction. Cet électrolyte solide peut être composé de divers matériaux, notamment de céramique, de polymères ou de sulfures.

La sélection de matériaux d'électrolyte solide est d'une importance vitale car elle affecte directement les performances, la sécurité et la fabrication de la batterie.

Les électrolytes en polymère sont faits de matériaux organiques et ont une série d'avantages différents:

1. Flexibilité: ils peuvent s'adapter aux changements de volume des électrodes pendant le processus de cyclisme.

2. Facile à fabriquer: les électrolytes en polymère peuvent être traités à l'aide de méthodes plus simples et plus rentables.

3. Interface améliorée: ils forment généralement une meilleure interface avec l'électrode, réduisant ainsi la résistance.

L'un des principaux défis de la conception de la batterie à l'état solide, quel que soit le type d'électrolyte solide utilisé, est d'optimiser l'interface entre l'électrolyte et l'électrode. Contrairement aux électrolytes liquides qui sont faciles à adhérer aux surfaces des électrodes, les électrolytes solides doivent être soigneusement conçus pour assurer un bon contact et un transfert d'ions efficaces.

Les chercheurs explorent diverses stratégies pour améliorer ces interfaces, notamment:

1. Revêtement de surface: appliquez un revêtement mince sur l'électrode ou l'électrolyte pour améliorer la compatibilité et le transfert d'ions.

2. Interfaces nanostructurées: créer des caractéristiques à l'échelle nanométrique aux interfaces pour augmenter la surface et améliorer l'échange d'ions.

3. Ensemble assisté par pression: une pression contrôlée est utilisée pendant le processus d'assemblage de la batterie pour assurer un bon contact entre les composants.

Conclusion:

Le principe de travail des batteries à semi-conducteurs n'est pas simplement un remplacement de matériau simple, mais plutôt une révolution de paradigme qui passe de la migration des ions liquides vers la conduction ionique à l'état solide. Il offre de l'énergie plus en toute sécurité et plus efficacement à travers un "pont d'ion à l'état solide" robuste. Pour les drones, il ne s'agit pas simplement de remplacer une batterie; Il marque le début d'une toute nouvelle ère de vol.

Zyebattery s'est toujours concentré sur les technologies énergétiques de pointe. Nous suivons de près le développement de technologies de nouvelle génération telles que les batteries à semi-conducteurs et nous nous engageons à fournir au marché des solutions de puissance de drones plus sûres et plus puissantes à l'avenir, aidant nos clients à voler plus haut, plus loin et plus en toute sécurité.