هل تستخدم بطارية الحالة الصلبة الليثيوم؟

هل أبطارية الحالة الصلبةاستخدام الليثيوم؟ 

نعم - ولكن ليس بنفس الطريقة

نعم،بطاريات الحالة الصلبةاستخدم الليثيوم. هذا الجزء واضح ومباشر. الأمر الأكثر إثارة للاهتمام - والأكثر فائدة لأي شخص يحاول فهم سبب اختلاف أداء بطاريات الحالة الصلبة عن البطاريات التقليدية - هو كيفية استخدام الليثيوم، وما الذي يتغير عندما تنتقل من تصميم المنحل بالكهرباء السائل إلى تصميم صلب.

الفرق لا يقتصر على التفاصيل الهندسية فقط. فهو يشرح مطالبات الأداء التي تراها في تسويق بطاريات الحالة الصلبة ويساعدك على تقييم ما إذا كانت هذه المطالبات تنطبق على البطارية المحددة التي تفكر فيها.

دور الليثيوم في أي بطارية

في كل بطارية ليثيوم - سواء كانت صلبة أو تقليدية - الليثيوم هو الأيون العامل. أثناء الشحن، تترك أيونات الليثيوم الكاثود (القطب الموجب)، وتنتقل عبر الإلكتروليت، ويتم تخزينها في الأنود (القطب السالب). أثناء التفريغ، تنعكس هذه العملية: تنتقل أيونات الليثيوم من الأنود مرة أخرى عبر المنحل بالكهرباء إلى الكاثود، وتعمل الطاقة المنطلقة في تلك الحركة على تشغيل الطائرة بدون طيار.

تتمثل وظيفة الإلكتروليت ببساطة في السماح لأيونات الليثيوم بالمرور عبره أثناء منع الإلكترونات، التي تضطر إلى السفر عبر الدائرة الخارجية بدلاً من ذلك، لتشغيل المحركات. سواء كان هذا المنحل بالكهرباء سائلاً أو صلبًا، فإن الليثيوم يقوم بنفس العمل الأساسي.

ما يتغير هو مكان تخزين الليثيوم في الأنود، ومدى كفاءة هذا التخزين.

كيف تقوم البطاريات التقليدية بتخزين الليثيوم عند الأنود

في بطاريات الليثيوم بوليمر القياسية، يتكون الأنود من الجرافيت. لا تتراكم أيونات الليثيوم على الجرافيت فحسب، بل إنها تتداخل، مما يعني أنها تنزلق بين طبقات ذرات الكربون في البنية البلورية للجرافيت. يمكن لكل وحدة جرافيت أن تحتوي فقط على عدد ثابت من أيونات الليثيوم، والتي تحددها هندستها البلورية.

تعتبر آلية الإقحام هذه مستقرة ومفهومة جيدًا، ولكنها تضع سقفًا صارمًا لكمية الليثيوم التي يمكن أن يخزنها أنود الجرافيت لكل جرام من المادة. يعد هذا السقف جزءًا مما يحد من كثافة الطاقة لبطاريات LiPo التقليدية إلى ما يقرب من 200 إلى 260 واط ساعة / كجم على مستوى العبوة - بغض النظر عن مدى جودة بقية التصميم.

كيف يمكن لبطاريات الحالة الصلبة استخدام الليثيوم بشكل مختلف

هذا هو المكان الذي يخلق فيه تصميم الحالة الصلبة فرصة أداء ذات مغزى.

نظرًا لأن الإلكتروليتات الصلبة يمكن أن تمنع فعليًا اختراق التشعبات - الخيوط المعدنية التي تجعل أنودات معدن الليثيوم خطيرة في بطاريات الإلكتروليت السائل - يمكن لبطاريات الحالة الصلبة أن تحل محل أنودات الجرافيت بمعدن الليثيوم النقي.

معدن الليثيوم لا يقحم. يتم صفائحها وشرائطها مباشرة كمعدن ضخم أثناء الشحن والتفريغ. ويخزن معدن الليثيوم ما يقرب من 10 أضعاف أيونات الليثيوم لكل جرام مقارنة بالجرافيت.

النتيجة: بطارية الحالة الصلبة المزودة بأنود من معدن الليثيوم لا تصل إلى نفس سقف كثافة الطاقة مثل تصميم أنود الجرافيت. هذه هي البنية وراء أرقام كثافة الطاقة على مستوى الحزمة التي تتراوح من 350 إلى 400+ واط/كجم المرتبطة ببطاريات الحالة الصلبة المتقدمة - وهي أرقام لا يمكن تحقيقها باستخدام أنودات الجرافيت بغض النظر عن نوع المنحل بالكهرباء.

لماذا يهم هذا التمييز عند تقييم المنتجات

لا تستخدم جميع بطاريات الحالة الصلبة أنودات معدن الليثيوم. غالبًا ما تحتفظ تصميمات الحالة الصلبة من الجيل الأول بأنودات الجرافيت وتحل محل المنحل بالكهرباء فقط. توفر هذه البطاريات سلامة ودورة حياة محسنة مقارنة بـ LiPo - وهي مزايا حقيقية - ولكن كثافة الطاقة الخاصة بها تشبه بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، وليست أعلى بشكل كبير.

عندما ترى بطارية ذات حالة صلبة تدعي أنها تزيد عن 350 وات/كجم، فإن أنود معدن الليثيوم يوجد خلف هذا الرقم. عندما ترى واحدًا يدعي 210 إلى 240 واط ساعة/كجم، فمن المؤكد تقريبًا أنه يستخدم الجرافيت - لقد تغير المنحل بالكهرباء، لكن الأنود لم يتغير.

بالنسبة لمشغلي الطائرات بدون طيار الذين يختارون بين خيارات الحالة الصلبة، فإن السؤال "هل تستخدم هذه البطارية أنود معدن الليثيوم أو الجرافيت؟" يخبرك على الفور ما إذا كانت مطالبات كثافة الطاقة تعتمد على ميزة الحالة الصلبة الكاملة أم مجرد استبدال المنحل بالكهرباء.

وثائق هندسة الأنود الخاصة بشركة زيباتري

زيباترييوفر مواصفات بنية الأنود لبطاريات الليثيوم أيون ذات الحالة الصلبة وبطاريات الليثيوم بوليمر بدون طيار عالية الأداء - لأن معرفة ما إذا كان معدن الليثيوم أو الجرافيت موجودًا في الأنود يحدد ما إذا كانت أرقام كثافة الطاقة في ورقة المواصفات مأخوذة من تصميم الحالة الصلبة الكامل أو من نهج هجين.

بطاريات الحالة الصلبةاستخدم الليثيوم. السؤال الأكثر فائدة هو أين وكيف - وهذا السؤال له إجابة محددة وقابلة للتوثيق.