¿Cómo se comparan las baterías de estado sólido con las baterías de iones de litio en términos de seguridad?

¿Alguna vez te ha preocupado por el sobrecalentamiento de tu teléfono o incluso explotando mientras lo cargas? ¿Alguna vez se ha preocupado por la seguridad de la batería después de ver informes de noticias de drones que se incendian debido a problemas de batería? Entre los diversos tipos de baterías disponibles,baterías de estado sólido y baterías de iones de litiose comparan a menudo. ¿Cuál es más seguro?

Para explorar esta pregunta, necesitamos comenzar con los componentes centrales de las baterías.

1. Electrolito: la primera línea de defensa para la seguridad

Las baterías de iones de litio generalmente usan electrolitos líquidos orgánicos, que tienen un cierto grado de inflamabilidad. Cuando la batería está sujeta a impacto mecánico, sobrecarga o altas temperaturas, pueden ocurrir circuitos internos, causando un rápido aumento de la temperatura. El electrolito líquido puede descomponerse y liberar gases inflamables, lo que lleva a la combustión o incluso explosiones, muchas de las cuales están relacionadas con la inestabilidad del electrolito líquido.

En contraste, batería de estado semi-sólido Use electrolitos sólidos como cerámica o polímeros, que exhiben una excelente estabilidad química y no inflamabilidad. Incluso en condiciones extremas, es poco probable que los electrolitos sólidos se descompongan o tengan fuga, reduciendo significativamente el riesgo de fuego o explosión. Los electrolitos sólidos de sulfuro tienen un punto de encendido superior a 500 ° C, mientras que los electrolitos de óxido permanecen estables incluso a 800 ° C.

Estructuralmente, los electrodos en las baterías de iones de litio están estrechamente espaciados, lo que los hace propensos al crecimiento de la dendrita. Las dendritas son cristales en forma de árbol formados por la deposición desigual de iones de litio en la superficie del electrodo durante la carga y descarga. 

Pueden perforar el separador, causando cortocircuitos internos e incidentes de seguridad. En contraste, los electrolitos sólidos en las baterías de estado sólido tienen una alta resistencia mecánica, suprimiendo efectivamente el crecimiento y la penetración de la dendrita, mejorando aún más la seguridad de la batería.

2. Competencia de supervivencia en entornos extremos

A -20 ° C, el electrolito líquido en las baterías de iones de litio se vuelve viscoso, causando una fuerte caída en la eficiencia de conductividad iónica. Esto no solo reduce la duración de la batería, sino que también puede exacerbar el crecimiento de dendrita debido a la carga y descarga desiguales. En contraste,baterías de estado sólidoEl uso de electrolitos de sulfuro puede mantener más del 70% de su capacidad a -40 ° C, y la tasa de crecimiento de dendrita a bajas temperaturas es solo un quinto que de las baterías de iones de litio.

La brecha se vuelve aún más pronunciada en entornos de alta temperatura. Cuando la temperatura ambiente alcanza los 45 ° C, las baterías de iones de litio requieren un sistema de enfriamiento para mantener la seguridad, mientras que las baterías de estado sólido, después de 500 ciclos de carga continua y descarga a 60 ° C, exhiben solo un aumento del 3% en la degradación de la capacidad en comparación con las condiciones de temperatura ambiente.

3. Equilibrio de seguridad en el proceso de comercialización

Sin embargo, las baterías de estado sólido actualmente enfrentan algunos desafíos.

Por ejemplo, sus costos de producción son relativamente altos, y el proceso de fabricación es más complejo, lo que hasta cierto punto limita su aplicación a gran escala. Las baterías de iones de litio, por otro lado, han sufrido años de desarrollo, con tecnología relativamente madura y menores costos, lo que las hace dominantes en el mercado.

Aunque las baterías de estado sólido teóricamente ofrecen una seguridad superior, aún necesitan abordar los desafíos prácticos en esta etapa.

El problema de impedancia de la interfaz de las baterías de estado sólido aún no se ha resuelto por completo, y algunos fabricantes han adoptado un "estado semisólido"Solución de transición: retomar una pequeña cantidad de electrolito líquido para mejorar la conductividad.

Elegir una batería esencialmente elige una filosofía de seguridad: las baterías de iones de litio son como cuchillos del ejército suizo de precisión, logrando seguridad controlable a través de medidas de protección complejas; Las baterías de estado sólido son como una roca sólida, inherentemente estable y resistentes a los riesgos.

En general, en términos de seguridad, batería de estado sólido De hecho, tiene una ventaja sobre las baterías de iones de litio debido a las características de sus electrolitos de estado sólido y su diseño estructural superior. A medida que la tecnología continúa avanzando, se espera que el costo de las baterías de estado sólido disminuya gradualmente, y eventualmente pueden reemplazar las baterías de iones de litio en más aplicaciones, proporcionando soluciones energéticas más seguras para nuestras vidas.  

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