Les batteries à semi-conducteurs se dégradent-elles ?

Les batteries à semi-conducteurs se dégradent-elles ? Oui, mais différemment de ce à quoi vous pourriez vous attendre

Chaque batterie se dégrade. Quiconque vous vend une batterie qui ne vous vend pas une batterie, il vous vend une histoire. La vraie question pour les opérateurs de drones n'est pas de savoir sibatteries à semi-conducteursse dégradent, mais comment ils se dégradent, à quelle vitesse et si ce modèle de dégradation est meilleur ou pire pour les opérations commerciales que celui auquel vous êtes habitué avec les packs lithium polymère.

Les réponses à ces trois questions sont plus utiles qu’un simple oui ou non.

Comment les batteries LiPo conventionnelles se dégradent

Pour comprendre pourquoi la dégradation des semi-conducteurs est différente, il est utile de connaître les principaux mécanismes qui limitent la durée de vie de la batterie LiPo.

L'oxydation des électrolytes est la voie dominante de dégradation à long terme dans la plupart des cellules LiPo. L'électrolyte organique liquide réagit lentement avec les surfaces des électrodes au cours de cycles de charge-décharge répétés, formant une couche appelée interphase d'électrolyte solide (SEI). Cette couche augmente progressivement la résistance interne et consomme du lithium qui ne peut plus participer au stockage d'énergie, réduisant ainsi la capacité cycle par cycle.

Le placage au lithium se produit lors d'une charge rapide ou d'une charge à basse température, lorsque les ions lithium arrivent à l'anode en graphite plus rapidement qu'ils ne peuvent être absorbés. Des dépôts de lithium métallique à la surface de l'anode réduisent la capacité et augmentent le risque de courts-circuits internes au fil du temps.

La fatigue structurelle de la cathode se produit lorsque l'expansion et la contraction répétées des matériaux d'électrode pendant le cyclage provoquent des fissures microscopiques dans les particules de cathode, réduisant ainsi la surface disponible pour l'échange d'ions et limitant progressivement la capacité.

Ces trois mécanismes se combinent. Un pack LiPo à 400 cycles n'est pas seulement plus ancien : il accumule les dommages des 3 voies simultanément.

CommentPiles à semi-conducteursDégrader différemment

L'élimination de l'électrolyte liquide modifie les mécanismes de dégradation actifs et la rapidité avec laquelle ils progressent.

L'oxydation des électrolytes est considérablement réduite. Les électrolytes solides ne réagissent pas avec les surfaces des électrodes de la même manière que les électrolytes liquides. La formation SEI qui consomme de la capacité de lithium dans les cellules LiPo ne se forme pas ou se forme beaucoup plus lentement dans les cellules à l'état solide. C’est la principale raison pour laquelle les batteries à semi-conducteurs affichent une meilleure rétention de capacité sur un plus grand nombre de cycles : elles ne perdent pas de lithium au même rythme en raison de la croissance du SEI.

La dynamique du placage au lithium change. Dans les cellules à semi-conducteurs utilisant des anodes métalliques au lithium, des plaques et des bandes de lithium font partie intégrante du fonctionnement normal. L'électrolyte solide constitue une barrière physique contre la pénétration des dendrites, contrairement aux électrolytes liquides, ce qui permet théoriquement une charge plus rapide sans le même risque de dégradation lié au placage qui limite les taux de charge des LiPo.

Un nouveau mécanisme de dégradation apparaît : le délaminage des interfaces. C’est le défi spécifique à la chimie du solide. À mesure que les électrodes se dilatent et se contractent pendant le cycle, l'électrolyte solide ne circule pas pour maintenir le contact comme le fait un électrolyte liquide. Des espaces microscopiques peuvent se développer entre les surfaces de l’électrode et de l’électrolyte, augmentant ainsi la résistance et réduisant l’efficacité du transfert d’ions. Dans les batteries d’UAV à semi-conducteurs de la génération actuelle, cette gestion d’interface est l’un des principaux défis techniques affectant la durée de vie.

Ce que cela signifie pour les opérateurs de drones dans la pratique

L’effet net de ces différents mécanismes de dégradation :batteries à semi-conducteurs dans les applications commerciales de dronesdémontrent généralement une décoloration de capacité par cycle plus lente que les packs LiPo équivalents : 600 à 900 cycles avec une rétention de capacité de 80 % contre 300 à 500 pour LiPo dans des conditions comparables.

Mais la dégradation n’est ni invisible ni nulle. Les packs SSD perdent de leur capacité avec le temps. Le rythme est plus lent, les mécanismes sont différents et le comportement en fin de vie est généralement plus prévisible, mais les opérateurs planifiant des calendriers de remplacement doivent toujours tenir compte de la dégradation plutôt que de supposer que les packs SSD fonctionnent indéfiniment.

La courbe de dégradation plus prévisible des batteries à semi-conducteurs est en réalité utile pour la gestion de flotte. La perte de capacité dans les cellules à semi-conducteurs a tendance à être plus linéaire et moins sujette aux chutes soudaines que présentent parfois les packs LiPo vieillissants lorsque les dommages SEI accumulés atteignent un seuil. Cette linéarité facilite la planification du calendrier de remplacement.

Documentation sur la dégradation de ZYEBATTERIE

ZYEBATTERIEfournit des données sur la durée de vie et la rétention de capacité pour les batteries de drones au lithium-ion à semi-conducteurs et au lithium-polymère hautes performances, basées sur des tests de conditions de fonctionnement réelles, et pas seulement sur des idéaux de laboratoire. Pour les opérateurs qui établissent des budgets de remplacement et des calendriers de gestion de flotte, connaître la courbe de dégradation réelle est tout aussi important que connaître les performances de départ.

Les batteries à semi-conducteurs se dégradent. Ils le font simplement plus lentement, de manière plus prévisible et pour des raisons différentes de celles des packs LiPo que la plupart des opérateurs sont habitués à remplacer.