كيف تعمل بطاريات الليثيوم الصلبة بدون طيار؟

على الرغم من أن بطاريات بوليمر الليثيوم التقليدية (LIPO) أصبحت سائدة ، إلا أن اختناقات سلامتها وكثافة الطاقة أصبحت بارزة بشكل متزايد. على عكس بطاريات الليثيوم أيون التقليدية التي تعتمد على الشوارد السائلة ، تعتمد بطاريات الحالة الصلبة نهجًا مختلفًا تمامًا. من المتوقع أن يوفر هذا التصميم المبتكر كثافة طاقة أعلى وزيادة السلامة وعمر خدمة أطول.

تنتقل بطاريات الحالة الصلبة من المختبر إلى طليعة التطبيقات. إذن ، كيف تعمل هذه التكنولوجيا المتوقعة للغاية؟ كيف سيغير مستقبل الطائرات بدون طيار؟

تتشابه عملية عمل بطاريات الحالة الصلبة بشكل مجهري لبطاريات البوليمر الليثيوم ، التي لا تزال تنطوي على ترحيل أيونات الليثيوم بين الأقطاب الإيجابية والسلبية. ومع ذلك ، فإن أساليب التنفيذ على المستوى الجزئي تؤدي إلى عالم من الاختلاف.

الشوارد الصلبة: عادة ما تكون مصنوعة من مواد صلبة خاصة مثل السيراميك أو الكبريتيد أو البوليمرات. هذه المواد لها توصيلية أيونية عالية للغاية ، مما يسمح لأيونات الليثيوم بالمرور بسرعة مع الإلكترونات العازلة أيضًا ، مما يجمع بشكل مثالي بين وظيفتي التوصيل والعزلة.

قطب كهربائي عالي السعة

Anode Innovation: أحد أكثر إمكانات بطاريات الحالة الصلبة إثارة هو القدرة على استخدام المعدن الليثيوم مباشرة مثل الأنود. وذلك لأن المنحل بالكهرباء الصلبة يمكن أن يمنع بشكل فعال نمو شجيري الليثيوم ، وأن تغلغل التغصنات من خلال الفاصل هو السبب الرئيسي للدوائر القصيرة والحرائق في البطاريات السائلة.

ترقية الإلكترود الإيجابية: من خلال الجمع بين مواد القطب الإيجابي عالي الجهد وعالي السعة (مثل الأقطاب الزهرية العالية النيكل ، أو المنغنيز الغنية بالليثيوم أو حتى الكبريتات الإيجابية) ، يمكن استغلال إمكانات الطاقة في نظام البطارية بأكمله بالكامل.

عملية العمل

عندما يتم شحن البطارية أو تفريغها ، تتحرك أيونات الليثيوم (LI⁺) بين الأقطاب الإيجابية والسلبية تحت تأثير الحقل الكهربائي من خلال المنحل بالكهرباء الصلبة ، والتي بمثابة "جسر" صلب. تتدفق الإلكترونات (E⁻) عبر الدائرة الخارجية ، وبالتالي تشكيل تيار كهربائي لتشغيل السيارة الجوية غير المأهولة.

في تصميم بطارية الحالة الصلبة ، ما الذي يمكن أن يحل محل الشوارد السائلة؟

في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية ، يعمل المنحل بالكهرباء السائل كوسيلة لنشر الأيونات بين الأنود والكاثود أثناء دورات الشحن والتفريغ. ومع ذلك ، يحل تصميم بطارية الحالة الصلبة محل هذا السائل بمواد صلبة تؤدي نفس الوظيفة. يمكن صنع هذا المنحل بالكهرباء الصلبة من مواد مختلفة ، بما في ذلك السيراميك أو البوليمرات أو الكبريتيد.

يعد اختيار مواد الإلكتروليت الصلبة ذات أهمية حيوية لأنه يؤثر بشكل مباشر على أداء البطارية وسلامة وتصنيع البطارية.

شوارد البوليمر مصنوعة من مواد عضوية ولها سلسلة من المزايا المختلفة:

1. المرونة: يمكنهم التكيف مع تغييرات حجم الأقطاب الكهربائية أثناء عملية ركوب الدراجات.

2. سهلة التصنيع: يمكن معالجة الشوارد البوليمر باستخدام طرق أبسط وأكثر فعالية من حيث التكلفة.

3. واجهة محسّنة: عادة ما تشكل واجهة أفضل مع القطب ، وبالتالي تقليل المقاومة.

أحد التحديات الرئيسية في تصميم بطارية الحالة الصلبة ، بغض النظر عن نوع المنحل بالكهرباء الصلبة المستخدمة ، هو تحسين الواجهة بين المنحل بالكهرباء والقطب. على عكس الشوارد السائلة التي من السهل الالتزام بأسطح الإلكترود ، يجب تصميم الشوارد الصلبة بعناية لضمان اتصال جيد ونقل أيون فعال.

يستكشف الباحثون استراتيجيات مختلفة لتحسين هذه الواجهات ، بما في ذلك:

1. طلاء السطح: قم بتطبيق طبقة رقيقة على القطب أو الإلكتروليت لتعزيز التوافق ونقل الأيونات.

2. واجهات النانوية: قم بإنشاء ميزات النانو في الواجهات لزيادة مساحة السطح وتحسين تبادل الأيونات.

3. التجميع بمساعدة الضغط: يتم استخدام الضغط المتحكم فيه أثناء عملية تجميع البطارية لضمان اتصال جيد بين المكونات.

خاتمة:

مبدأ عمل بطاريات الحالة الصلبة ليس مجرد بديل بسيط للمواد ، بل هو ثورة نموذجية تتحول من ترحيل أيون سائل إلى توصيل أيون الحالة الصلبة. يوفر الطاقة بأمان وكفاءة من خلال "جسر أيون الحالة الصلبة". بالنسبة للطائرات بدون طيار ، هذا لا يتعلق فقط باستبدال البطارية ؛ إنه يمثل بداية عصر الرحلة الجديد.

لطالما ركزت Zyebattery على تقنيات الطاقة المتطورة. نتبع عن كثب تطوير تقنيات الجيل التالي مثل بطاريات الحالة الصلبة وتلتزم بتزويد السوق بحلول طائرة بدون طيار أكثر أمانًا وأكثر قوة في المستقبل ، مما يساعد عملائنا على الطيران أعلى وأكثر أمانًا.