Comment les batteries à semi-conducteurs se comparent-elles aux batteries au lithium en termes de sécurité?

Vous êtes-vous déjà inquiété de la surchauffe de votre téléphone ou même d'explosion en le chargeant? Vous êtes-vous déjà senti préoccupé par la sécurité des batteries après avoir vu des reportages de drones prendre feu en raison de problèmes de batterie? Parmi les différents types de batteries disponibles,batteries à l'état solide et batteries au lithiumsont souvent comparés. Lequel est plus sûr?

Pour explorer cette question, nous devons commencer par les composants principaux des batteries.

1. Electrolyte: la première ligne de défense pour la sécurité

Les batteries au lithium-ion utilisent généralement des électrolytes liquides organiques, qui ont un certain degré d'inflammabilité. Lorsque la batterie est soumise à un impact mécanique, à une surcharge ou à des températures élevées, des courts-circuits internes peuvent se produire, provoquant une augmentation rapide de la température. L'électrolyte liquide peut décomposer et libérer des gaz inflammables, conduisant à une combustion ou même à des explosions, dont beaucoup sont liées à l'instabilité de l'électrolyte liquide.

En revanche, batterie à l'état semi-solide Utilisez des électrolytes solides tels que la céramique ou les polymères, qui présentent une excellente stabilité chimique et non-in-inflammabilité. Même dans des conditions extrêmes, les électrolytes solides sont peu susceptibles de décomposer ou de fuir, réduisant considérablement le risque de feu ou d'explosion. Les électrolytes solides en sulfure ont un point d'allumage dépassant 500 ° C, tandis que les électrolytes d'oxyde restent stables même à 800 ° C.

Structurellement, les électrodes des batteries au lithium sont étroitement espacées, ce qui les rend sujets à la croissance de la dendrite. Les dendrites sont des cristaux en forme d'arbres formés par le dépôt inégal d'ions lithium sur la surface de l'électrode pendant la charge et la décharge. 

Ils peuvent percer le séparateur, provoquant des courts-circuits internes et des incidents de sécurité. En revanche, les électrolytes solides dans les batteries à l'état solide ont une résistance mécanique élevée, supprimant efficacement la croissance et la pénétration des dendrites, améliorant davantage la sécurité des batteries.

2. Compétition de survie dans des environnements extrêmes

À -20 ° C, l'électrolyte liquide dans les batteries lithium-ion devient visqueux, provoquant une forte baisse de l'efficacité de la conductivité ionique. Cela réduit non seulement la durée de vie de la batterie, mais peut également exacerber la croissance de la dendrite en raison de la charge et de la décharge inégaux. En revanche,batteries à semi-conducteursL'utilisation d'électrolytes sulfure peut maintenir plus de 70% de leur capacité à -40 ° C, et le taux de croissance de la dendrite à basse température n'est qu'un cinquième de celle des batteries au lithium-ion.

L'écart devient encore plus prononcé dans des environnements à haute température. Lorsque la température ambiante atteint 45 ° C, les batteries au lithium-ion nécessitent un système de refroidissement pour maintenir la sécurité, tandis que les batteries à semi-conducteurs, après 500 cycles de charge continue et de décharge à 60 ° C, ne présentent qu'une augmentation de 3% de la dégradation de la capacité par rapport aux conditions de température ambiante.

3. Équilibrer la sécurité dans le processus de commercialisation

Cependant, les batteries à l'état solide sont actuellement confrontées à certains défis.

Par exemple, leurs coûts de production sont relativement élevés et le processus de fabrication est plus complexe, ce qui limite dans une certaine mesure leur application à grande échelle. Les batteries au lithium-ion, en revanche, ont subi des années de développement, avec une technologie relativement mature et des coûts inférieurs, ce qui les rend dominants sur le marché.

Bien que les batteries à semi-conducteurs offrent théoriquement une sécurité supérieure, elles doivent toujours relever les défis pratiques à ce stade.

Le problème d'impédance d'interface des batteries entièrement solides n'a pas encore été entièrement résolu, et certains fabricants ont adopté un «à l'État semi-solide»Solution de transition - Rétention d'une petite quantité d'électrolyte liquide pour améliorer la conductivité.

Choisir une batterie est essentiellement de choisir une philosophie de sécurité: les batteries lithium-ion sont comme des couteaux de l'armée suisse précis, atteignant une sécurité contrôlable grâce à des mesures de protection complexes; Les batteries à semi-conducteurs sont comme une roche solide, intrinsèquement stable et résistante aux risques.

Dans l'ensemble, en termes de sécurité, batterie à l'état solide En effet, il a un avantage sur les batteries lithium-ion en raison des caractéristiques de leurs électrolytes à l'état solide et de leurs conceptions structurelles supérieures. Alors que la technologie continue d'avancer, le coût des batteries à semi-conducteurs devrait diminuer progressivement, et ils peuvent éventuellement remplacer les batteries lithium-ion dans plus d'applications, fournissant des solutions énergétiques plus sûres pour nos vies.  

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