Une batterie solide utilise-t-elle du lithium ?

Est-ce qu'unBatterie à semi-conducteursUtiliser du lithium ? 

Oui, mais pas de la même manière

Oui,batteries à semi-conducteursutiliser du lithium. Cette partie est simple. Ce qui est plus intéressant – et plus utile pour quiconque essaie de comprendre pourquoi les batteries à semi-conducteurs fonctionnent différemment des batteries conventionnelles – est la façon dont le lithium est utilisé et ce qui change lorsque vous passez d’une conception à électrolyte liquide à une conception solide.

La différence ne réside pas seulement dans les détails techniques. Il explique les allégations de performances que vous voyez dans le marketing des batteries à semi-conducteurs et vous aide à évaluer si ces allégations s'appliquent à la batterie spécifique que vous envisagez.

Le rôle du lithium dans n'importe quelle batterie

Dans chaque batterie au lithium – à l’état solide ou conventionnelle – le lithium est l’ion actif. Pendant la charge, les ions lithium quittent la cathode (électrode positive), traversent l'électrolyte et sont stockés dans l'anode (électrode négative). Pendant la décharge, ce processus s'inverse : les ions lithium passent de l'anode à la cathode en passant par l'électrolyte, et l'énergie libérée lors de ce mouvement alimente le drone.

Le travail de l'électrolyte consiste simplement à laisser passer les ions lithium tout en bloquant les électrons, qui sont obligés de voyager à travers le circuit externe, alimentant ainsi les moteurs. Que cet électrolyte soit liquide ou solide, le lithium accomplit le même travail fondamental.

Ce qui change, c'est l'endroit où le lithium est stocké dans l'anode et l'efficacité de ce stockage.

Comment les batteries conventionnelles stockent le lithium à l’anode

Dans les batteries lithium-polymère standard, l'anode est en graphite. Les ions lithium ne s'accumulent pas simplement sur le graphite : ils s'intercalent, ce qui signifie qu'ils se glissent entre les couches d'atomes de carbone dans la structure cristalline du graphite. Chaque unité de graphite ne peut contenir qu’un nombre fixe d’ions lithium, déterminé par la géométrie de ses cristaux.

Ce mécanisme d’intercalation est stable et bien compris, mais il fixe un plafond strict à la quantité de lithium qu’une anode en graphite peut stocker par gramme de matériau. Ce plafond fait partie de ce qui limite la densité énergétique des batteries LiPo conventionnelles à environ 200 à 260 Wh/kg au niveau du pack, quelle que soit la qualité du reste de la conception.

Comment les batteries à semi-conducteurs peuvent utiliser le lithium différemment

C’est là que la conception à semi-conducteurs crée une opportunité de performances significative.

Étant donné que les électrolytes solides peuvent bloquer physiquement la pénétration des dendrites – les filaments métalliques qui rendent les anodes au lithium métallique dangereuses dans les batteries à électrolyte liquide – les batteries à semi-conducteurs peuvent remplacer les anodes en graphite par du lithium métallique pur.

Le lithium métal ne s'intercale pas. Il plaque et dénude directement sous forme de métal en vrac pendant la charge et la décharge. Et le lithium métal stocke environ 10 fois plus d’ions lithium par gramme que le graphite.

Le résultat : une batterie à semi-conducteurs avec une anode au lithium métallique n’atteint pas le même plafond de densité énergétique qu’une conception à anode en graphite. C'est l'architecture derrière les chiffres de densité énergétique au niveau du pack de 350 à 400+ Wh/kg associés aux batteries à semi-conducteurs avancées – des chiffres qui ne sont pas réalisables avec des anodes en graphite, quel que soit le type d'électrolyte.

Pourquoi cette distinction est importante lors de l'évaluation des produits

Toutes les batteries à semi-conducteurs n’utilisent pas d’anodes au lithium métallique. Les conceptions à semi-conducteurs de première génération conservent souvent des anodes en graphite et remplacent uniquement l'électrolyte. Ces batteries offrent une sécurité et une durée de vie améliorées par rapport aux LiPo – de véritables avantages – mais leur densité énergétique est similaire à celle des batteries lithium-ion conventionnelles, mais pas considérablement plus élevée.

Lorsque vous voyez une batterie à semi-conducteurs revendiquant plus de 350 Wh/kg, une anode au lithium métal se trouve derrière ce chiffre. Quand vous en voyez un prétendant 210 à 240 Wh/kg, il utilise presque certainement du graphite : l'électrolyte a changé, mais pas l'anode.

Pour les opérateurs de drones qui choisissent entre les options à semi-conducteurs, la question « cette batterie utilise-t-elle une anode au lithium métal ou en graphite ? » vous indique immédiatement si les allégations de densité énergétique sont basées sur l'avantage total de l'état solide ou uniquement sur la substitution de l'électrolyte.

Documentation sur l'architecture des anodes de ZYEBATTERIE

ZYEBATTERIEfournit des spécifications d'architecture d'anode pour les batteries d'UAV à semi-conducteurs au lithium-ion et au lithium-polymère haute performance - car savoir si du lithium métallique ou du graphite se trouve à l'anode détermine si les chiffres de densité d'énergie sur la fiche technique proviennent d'une conception à semi-conducteurs complète ou d'une approche hybride.

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