Använder ett solid state-batteri litium?

gör aSolid State-batteriAnvänder du litium? 

Ja – men inte på samma sätt

Ja,solid state-batterieranvänd litium. Den delen är okomplicerad. Vad som är mer intressant - och mer användbart för alla som försöker förstå varför solid state-batterier fungerar annorlunda än konventionella - är hur litium används och vad som förändras när du går från en flytande-elektrolyt-design till en solid.

Skillnaden är inte bara tekniska detaljer. Den förklarar de prestandapåståenden du ser i marknadsföring av solid state-batterier och hjälper dig att utvärdera om dessa påståenden gäller det specifika batteri du överväger.

Litiums roll i alla batterier

I varje litiumbatteri - solid state eller konventionellt - är litium den fungerande jonen. Under laddning lämnar litiumjoner katoden (positiv elektrod), färdas genom elektrolyten och lagras i anoden (negativ elektrod). Under urladdning vänder den processen: litiumjoner rör sig från anoden tillbaka genom elektrolyten till katoden, och energin som frigörs i den rörelsen driver drönaren.

Elektrolytens uppgift är helt enkelt att låta litiumjoner passera genom den samtidigt som de blockerar elektroner - som tvingas resa genom den externa kretsen istället och driver motorerna. Oavsett om den elektrolyten är flytande eller fast, gör litium samma grundläggande arbete.

Det som förändras är var litium lagras i anoden och hur effektivt den lagringen sker.

Hur konventionella batterier lagrar litium vid anoden

I vanliga litiumpolymerbatterier är anoden gjord av grafit. Litiumjoner ackumuleras inte bara på grafit - de interkaleras, vilket betyder att de glider mellan lager av kolatomer i grafitkristallstrukturen. Varje grafitenhet kan bara hålla ett fast antal litiumjoner, bestämt av dess kristallgeometri.

Denna interkaleringsmekanism är stabil och välkänd, men den sätter ett hårt tak för hur mycket litium en grafitanod kan lagra per gram material. Det taket är en del av det som begränsar energitätheten för konventionella LiPo-batterier till ungefär 200 till 260 Wh/kg på förpackningsnivå - oavsett hur bra resten av designen är.

Hur Solid State-batterier kan använda litium på olika sätt

Det är här solid state design skapar en meningsfull prestationsmöjlighet.

Eftersom fasta elektrolyter fysiskt kan blockera dendritpenetration - de metalliska trådarna som gör litiummetallanoder farliga i flytande elektrolytbatterier - kan solid state-batterier ersätta grafitanoder med ren litiummetall.

Litiummetall intercalerar inte. Den plåtar och remsar direkt som bulkmetall under laddning och urladdning. Och litiummetall lagrar ungefär 10 gånger mer litiumjoner per gram än vad grafit gör.

Resultatet: ett solid state-batteri med en litiummetallanod når inte samma energitäthetstak som en grafitanoddesign. Detta är arkitekturen bakom siffrorna för energitäthet på 350 till 400+ Wh/kg förpackningsnivå som är förknippade med avancerade solid state-batterier – siffror som inte kan uppnås med grafitanoder oavsett elektrolyttyp.

Varför denna skillnad är viktig när man utvärderar produkter

Inte alla solid state-batterier använder litiummetallanoder. Första generationens solid state-konstruktioner behåller ofta grafitanoder och ersätter endast elektrolyten. Dessa batterier ger förbättrad säkerhet och livslängd jämfört med LiPo - verkliga fördelar - men deras energitäthet liknar konventionella litiumjonbatterier, inte dramatiskt högre.

När du ser ett solid state-batteri som gör anspråk på 350+ Wh/kg, ligger en litiummetallanod bakom den siffran. När du ser en som hävdar 210 till 240 Wh/kg, använder den nästan säkert grafit - elektrolyten ändrades, men anoden gjorde det inte.

För UAV-operatörer som väljer mellan solid state-alternativ, frågar du "använder det här batteriet en litiummetallanod eller grafit?" talar om för dig omedelbart om energitäthetskraven är baserade på den fulla solid state-fördelen eller bara elektrolytsubstitutionen.

ZYEBATTERI:s anodarkitekturdokumentation

ZYEBATTERItillhandahåller anodarkitekturspecifikationer för solid state litiumjon- och högpresterande litiumpolymer UAV-batterier — eftersom att veta om litiummetall eller grafit finns vid anoden avgör om energitäthetstalen på specifikationen är från full solid state-design eller en hybridmetod.

Solid state-batterieranvänd litium. Den mer användbara frågan är var och hur - och den frågan har ett specifikt, dokumenterbart svar.