Ali polprevodniška baterija uporablja litij?

Ali aPolprevodniška baterijaUporabljati litij? 

Da – vendar ne na enak način

dapolprevodniške baterijeuporabite litij. Ta del je preprost. Kar je bolj zanimivo - in bolj uporabno za vsakogar, ki poskuša razumeti, zakaj polprevodniške baterije delujejo drugače od običajnih - je, kako se uporablja litij in kaj se spremeni, ko preidete iz zasnove s tekočim elektrolitom v trdno.

Razlika ni le v tehničnih podrobnostih. Pojasnjuje trditve o zmogljivosti, ki jih vidite pri trženju polprevodniških baterij, in vam pomaga oceniti, ali te trditve veljajo za določeno baterijo, o kateri razmišljate.

Vloga litija v vsaki bateriji

V vsaki litijevi bateriji – polprevodniški ali običajni – je litij delovni ion. Med polnjenjem litijevi ioni zapustijo katodo (pozitivno elektrodo), potujejo skozi elektrolit in se shranijo v anodi (negativni elektrodi). Med praznjenjem se ta proces obrne: litijevi ioni se premikajo od anode nazaj skozi elektrolit do katode in energija, ki se sprosti pri tem gibanju, poganja dron.

Naloga elektrolita je preprosto prepustiti prehod litijevih ionov skozi sebe, medtem ko blokira elektrone, ki so namesto tega prisiljeni potovati skozi zunanje vezje in napajati motorje. Ne glede na to, ali je elektrolit tekoč ali trden, litij opravlja enako osnovno delo.

Spremeni se, kje je litij shranjen v anodi in kako učinkovito se to shranjevanje zgodi.

Kako običajne baterije shranjujejo litij na anodi

V standardnih litij-polimernih baterijah je anoda izdelana iz grafita. Litijevi ioni se ne kopičijo preprosto na grafitu - interkalirajo se, kar pomeni, da zdrsnejo med plasti ogljikovih atomov v kristalni strukturi grafita. Vsaka grafitna enota lahko vsebuje samo določeno število litijevih ionov, ki jih določa njena kristalna geometrija.

Ta interkalacijski mehanizem je stabilen in dobro razumljen, vendar postavlja trdo mejo glede tega, koliko litija lahko grafitna anoda shrani na gram materiala. Ta zgornja meja je del tega, kar omejuje energijsko gostoto običajnih LiPo baterij na približno 200 do 260 Wh/kg na ravni paketa – ne glede na to, kako dober je preostali del zasnove.

Kako lahko polprevodniške baterije drugače uporabljajo litij

Tu polprevodniška zasnova ustvari pomembno priložnost za zmogljivost.

Ker lahko trdni elektroliti fizično blokirajo prodiranje dendritov – kovinskih filamentov, zaradi katerih so litijeve kovinske anode nevarne v baterijah s tekočim elektrolitom – lahko polprevodniške baterije zamenjajo grafitne anode s čistim kovinskim litijem.

Kovinski litij se ne interkalira. Med polnjenjem in praznjenjem plošče in trakove neposredno kot razsuto kovino. In kovinski litij shrani približno 10-krat več litijevih ionov na gram kot grafit.

Rezultat: polprevodniška baterija z litijevo kovinsko anodo ne doseže enake zgornje meje energijske gostote kot zasnova z grafitno anodo. To je arhitektura za številkami gostote energije na ravni paketa od 350 do 400+ Wh/kg, povezanih z naprednimi polprevodniškimi baterijami – številke, ki jih ni mogoče doseči z grafitnimi anodami ne glede na vrsto elektrolita.

Zakaj je to razlikovanje pomembno pri ocenjevanju izdelkov

Vse polprevodniške baterije ne uporabljajo kovinskih litijevih anod. Polprevodniški modeli prve generacije pogosto zadržijo grafitne anode in nadomestijo samo elektrolit. Te baterije zagotavljajo izboljšano varnost in življenjsko dobo v primerjavi z LiPo – resnične prednosti – vendar je njihova gostota energije podobna običajnim litij-ionskim baterijam, ne dramatično višja.

Ko vidite polprevodniško baterijo, ki zahteva 350+ Wh/kg, za to številko stoji litijeva kovinska anoda. Ko vidite enega, ki zahteva 210 do 240 Wh/kg, skoraj zagotovo uporablja grafit – elektrolit se je spremenil, anoda pa ne.

Za operaterje UAV, ki izbirajo med polprevodniškimi možnostmi, vprašanje "ali ta baterija uporablja litijevo kovinsko anodo ali grafit?" vam takoj pove, ali trditve o energijski gostoti temeljijo na polni prednosti trdnega stanja ali le na zamenjavi elektrolita.

Dokumentacija o arhitekturi anod podjetja ZYEBATTERY

ZYEBATTERYzagotavlja specifikacije za arhitekturo anode za polprevodniške litij-ionske in visokozmogljive litij-polimerne UAV baterije – ker vedenje, ali je na anodi kovinski litij ali grafit, določa, ali so številke energijske gostote na specifikacijskem listu iz popolne polprevodniške zasnove ali hibridnega pristopa.

Polprevodniške baterijeuporabite litij. Bolj uporabno vprašanje je, kje in kako - in to vprašanje ima specifičen, dokumentiran odgovor.