كيف يمكن للبطاريات شبه الصلبة تحسين تفريغ الذات وأداء البطارية؟

في تطبيقات الطائرات بدون طيار مثل الزراعة والمسح ، كانت التفريغ الذاتي للبطارية السريعة وتدهور الأداء منذ فترة طويلة نقاط ألم كبيرة. من خلال اختراقات مزدوجة في الابتكار المادي والإدارة الذكية ،بطاريات شبه صلبةتعيد تعريف معايير الموثوقية لأنظمة طاقة الطائرات بدون طيار.

ما الذي يجعل الشوارد شبه الصلبة أكثر أمانًا من الشوارد السائلة؟

تمثل الشوارد شبه الصلبة قفزة كبيرة في تكنولوجيا البطارية. على عكس الشوارد السائلة التقليدية ، تستخدم البطاريات شبه الصلبة المواد الشبيهة بالهلام التي تجمع بين أفضل خصائص الشوارد الصلبة والسائلة. يوفر هذا التكوين الفريد مزايا متعددة للسلامة:

1. مخاطر التسرب المخفضة: إن الطبيعة اللزجة للكهرباء شبه الصلبة تقلل من إمكانية التسرب ، وهو خطر شائع للسلامة في بطاريات الإلكتروليت السائلة.

2. الاستقرار الهيكلي المحسن: توفر الشوارد شبه الصلبة دعمًا ميكانيكيًا فائقًا داخل البطارية ، مما يقلل من خطر الدوائر القصيرة الداخلية الناتجة عن التشوه المادي أو التأثير.

3. الإدارة الحرارية المحسنة: يسهل الهيكل شبه الصلبة توزيعًا أكثر اتساقًا للحرارة ، مما يقلل من احتمال وجود نقاط ساخنة محلية يمكن أن تؤدي إلى الهرب الحراري.

4. تأخير اللهب الموثوق به: مقاومة اللهب المحسّنة-على عكس الشوارد السائلة القابلة للاشتعال عادةً ، تظهر الشوارد شبه الصلبة مؤشرات أقل بكثير من الاحتراق.

العوامل الرئيسية التي تؤثر على تفريغ الذات في البطاريات شبه الصلبة

1. التكوين يلعب دورًا مهمًا في تحديد معدلات تفريغ الذات. يؤثر التوازن بين المكونات الصلبة والسائلة على التنقل الأيوني واحتمال ردود الفعل السلبية.

2. تؤثر درجة الحرارة بشكل كبير على معدلات تفريغ الذات في جميع أنواع البطاريات ، بما في ذلك البطاريات شبه الصلبة. عادة ما تسرع درجات الحرارة المرتفعة التفاعلات الكيميائية وزيادة تنقل الأيونات ، مما يؤدي إلى تفريغ ذاتي أسرع.

3. تؤثر حالة الشحن للبطارية (SOC) على معدل تفريغ الذات. غالبًا ما تواجه البطاريات المخزنة في مستويات SOC الأعلى غالبًا تفريغًا ذاتيًا أسرع بسبب زيادة إمكانات التفاعلات الجانبية.

4. الشوائب أو الملوثات في المنحل بالكهرباء أو مواد الإلكترود تسريع تفريغ الذات. هذه المواد غير المرغوب فيها يمكن أن تحفز التفاعلات الجانبية أو إنشاء مسارات لحركة أيون.

5. الواجهة بين الأقطاب الكهربائية والكهرباء شبه الصلبة هي منطقة حرجة تؤثر على تفريغ الذات. يؤثر استقرار هذه الواجهة على تكوين طبقات واقية.

6. تاريخ ركوب الدراجات في البطارية يؤثر على خصائص تفريغ الذات. يؤدي الشحن المتكرر والتفريغ إلى التغيرات الهيكلية في الأقطاب الكهربائية والكهارل ، مما قد يغير معدلات التفريغ الذاتي بمرور الوقت.

بطاريات شبه صلبةالحفاظ على أكثر من 80 ٪ من السعة بعد 1000-1200 دورة من خلال أفلام SEI مستقرة وتصميمات مضادة للاندريت. هذا يمتد دورات استبدال بطارية الطائرات بدون طيار من ستة أشهر إلى أكثر من عامين. يكمن المفتاح في القوة الميكانيكية العالية للكهرباء شبه الصلبة ، والتي تقمع نمو شجيري الليثيوم.

تقلل البطاريات شبه الصلبة من محتوى الإلكتروليت السائل إلى 5 ٪ -10 ٪ ، مع الباقي يشتمل على إطار شبكة ثلاثي الأبعاد لجزيئات البوليمر وجزيئات السيراميك. يعمل هذا الهيكل مثل مرشح الدقة: يضمن نقل أيون أثناء الشحن/التفريغ عبر قنوات أيون مستمرة مع تقليل معدلات نشر الأيونات بشكل كبير خلال فترات الراحة.

يوفر التنظيم الدقيق من قبل نظام BMS الذكي (نظام إدارة البطاريات) ضمان السلامة المعزز.

مزودًا بنظام إدارة البطارية التكيفي القائم على مرشح Kalman ، تقوم البطارية شبه الصلبة بمراقبة التغييرات الدقيقة في الوقت الفعلي وتنشيط وضع الحماية منخفضة الطاقة تلقائيًا عند اكتشاف زيادة التفريغ الذاتي غير الطبيعية.

من خلال النمذجة بدقة خصائص درجة حرارة الجهد للبطارية ، يقوم النظام بضبط حالة تشغيل دائرة التوازن ديناميكيًا ، مما يقلل من استهلاك الطاقة الإجمالي إلى أقل من 50μA أثناء تخزين الطائرات بدون طيار. هذا يقلل من معدل تفريغ حزمة البطارية بنسبة 20 ٪ -30 ٪.

خاتمة:

يركز البحث الحالي في تقنية البطارية شبه الصلبة على تطوير تركيبات كهربائية متقدمة لتعزيز الاستقرار وتقليل تفريغ الذات. قد تشمل هذه الشوارد الهلام البوليمر الجديدة أو الأنظمة الهجينة التي تجمع بين مزايا المكونات الصلبة والسائلة. من خلال تحسين تكوين المنحل بالكهرباء ، يمكن تصنيع البطاريات ذات الأسعار المنخفضة للرسوم الذاتية دون المساس بالأداء.

مع استمرار البحث في هذا المجال ، نتوقع المزيد من التحسينات في أسعار التفريغ الذاتي وأداء البطارية بشكل عام.