Hur jämför fasta tillståndsbatterier med litiumjonbatterier när det gäller säkerhet?

Har du någonsin orolig för din överhettning av telefonen eller till och med exploderar när du laddar den? Har du någonsin känt dig bekymrad över batterisäkerhet efter att ha sett nyhetsrapporter om drönare ta eld på grund av batteriproblem? Bland de olika typerna av batterier,fasta tillståndsbatterier och litiumjonbatterierjämförs ofta. Vilken är säkrare?

För att utforska denna fråga måste vi börja med kärnkomponenterna i batterierna.

1. Elektrolyt: Den första försvarslinjen för säkerhet

Litiumjonbatterier använder vanligtvis organiska flytande elektrolyter, som har en viss grad av brandfarlighet. När batteriet utsätts för mekanisk påverkan, överladdning eller höga temperaturer kan interna kortkretsar uppstå, vilket orsakar en snabb temperaturökning. Den flytande elektrolyten kan sönderdelas och frigöra brandfarliga gaser, vilket leder till förbränning eller till och med explosioner, av vilka många är relaterade till instabiliteten hos den flytande elektrolyten.

Däremot semi-fast statlig batteri Använd fasta elektrolyter såsom keramik eller polymerer, som uppvisar utmärkt kemisk stabilitet och icke-brandfarlighet. Även under extrema förhållanden är fasta elektrolyter osannolikt att sönderdelas eller läcka, vilket minskar risken för brand eller explosion avsevärt. Sulfidfasta elektrolyter har en tändpunkt som överstiger 500 ° C, medan oxidelektrolyter förblir stabila även vid 800 ° C.

Strukturellt sett är elektroderna i litiumjonbatterier nära åtskilda, vilket gör dem benägna att dendrittillväxt. Dendriter är trädliknande kristaller bildade av ojämn avsättning av litiumjoner på elektrodytan under laddning och urladdning. 

De kan genomborra separatorn och orsaka interna kortslutningar och säkerhetsincidenter. Däremot har de fasta elektrolyterna i fast tillståndsbatterier hög mekanisk styrka, vilket effektivt undertrycker dendrittillväxt och penetration, vilket ytterligare förbättrar batterisäkerheten.

2. Överlevnadstävling i extrema miljöer

Vid -20 ° C blir den flytande elektrolyten i litiumjonbatterier viskösa, vilket orsakar en kraftig nedgång i jonkonduktivitetseffektivitet. Detta minskar inte bara batteritiden utan kan också förvärra dendrittillväxten på grund av ojämn laddning och urladdning. Däremotfasta tillståndsbatterierAtt använda sulfidelektrolyter kan upprätthålla över 70% av sin kapacitet vid -40 ° C, och dendrittillväxten vid låga temperaturer är bara en femtedel av litiumjonbatterier.

Gapet blir ännu mer uttalat i miljöer med högt temperatur. När den omgivande temperaturen når 45 ° C kräver litiumjonbatterier ett kylsystem för att upprätthålla säkerheten, medan fast tillståndsbatterier, efter 500 cykler av kontinuerlig laddning och urladdning vid 60 ° C, uppvisar endast en 3% ökning av kapacitetsnedbrytningen jämfört med rumstemperaturförhållanden.

3. Balanseringssäkerhet i kommersialiseringsprocessen

Emellertid möter Solid State -batterier för närvarande vissa utmaningar.

Till exempel är deras produktionskostnader relativt höga och tillverkningsprocessen är mer komplex, vilket till viss del begränsar deras storskaliga tillämpning. Litiumjonbatterier har å andra sidan genomgått år av utveckling, med relativt mogen teknik och lägre kostnader, vilket gör dem dominerande på marknaden.

Även om batterier i fast tillstånd teoretiskt erbjuder överlägsen säkerhet, måste de fortfarande ta itu med praktiska utmaningar i detta skede.

Gränssnittsimpedansfrågan om all-furudstatliga batterier har ännu inte lösts fullt ut, och vissa tillverkare har antagit ett "semi-fast stat”Övergångslösning - återigen en liten mängd flytande elektrolyt för att förbättra konduktiviteten.

Att välja ett batteri är i huvudsak att välja en säkerhetsfilosofi: litiumjonbatterier är som Precision Swiss Army Knives, vilket uppnår kontrollerbar säkerhet genom komplexa skyddsåtgärder; Solid-state-batterier är som en solid sten, i sig stabil och resistenta mot risker.

Sammantaget när det gäller säkerhet, fasta tillstånd Har faktiskt en fördel jämfört med litiumjonbatterier på grund av egenskaperna hos deras fast tillstånd elektrolyter och överlägsen strukturell design. När tekniken fortsätter att gå vidare förväntas kostnaderna för fast tillståndsbatterier gradvis minska, och de kan så småningom ersätta litiumjonbatterier i fler applikationer, vilket ger säkrare energilösningar för våra liv.  

För att lära dig mer om fasta tillstånd eller utforska alternativ för dina specifika behov? Vårt team på Zye är här för att hjälpa.

Vi är specialiserade på banbrytande batteritekniker och kan ge expertvägledning för att välja rätt lösning för din applikation.

Tveka inte att nå ut till oss på coco@zyepower.com För mer information eller för att diskutera dina krav. Låt oss driva framtiden tillsammans!