¿Una batería de estado sólido utiliza litio?

hace unBatería de estado sólido¿Usar litio? 

Sí, pero no de la misma manera

Sí,baterías de estado sólidoutilizar litio. Esa parte es sencilla. Lo que es más interesante (y más útil para cualquiera que intente comprender por qué las baterías de estado sólido funcionan de manera diferente a las convencionales) es cómo se usa el litio y qué cambia cuando se pasa de un diseño de electrolito líquido a uno sólido.

La diferencia no es sólo el detalle de ingeniería. Explica las afirmaciones de rendimiento que ve en el marketing de baterías de estado sólido y le ayuda a evaluar si esas afirmaciones se aplican a la batería específica que está considerando.

El papel del litio en cualquier batería

En cada batería de litio, ya sea de estado sólido o convencional, el litio es el ion de trabajo. Durante la carga, los iones de litio abandonan el cátodo (electrodo positivo), viajan a través del electrolito y se almacenan en el ánodo (electrodo negativo). Durante la descarga, ese proceso se invierte: los iones de litio se mueven desde el ánodo a través del electrolito hasta el cátodo, y la energía liberada en ese movimiento impulsa el dron.

El trabajo del electrolito es simplemente dejar pasar los iones de litio a través de él mientras bloquea los electrones, que se ven obligados a viajar a través del circuito externo, alimentando los motores. Ya sea que el electrolito sea líquido o sólido, el litio realiza el mismo trabajo fundamental.

Lo que cambia es dónde se almacena el litio en el ánodo y con qué eficiencia se produce ese almacenamiento.

Cómo las baterías convencionales almacenan litio en el ánodo

En las baterías estándar de polímero de litio, el ánodo está hecho de grafito. Los iones de litio no se acumulan simplemente en el grafito: se intercalan, lo que significa que se deslizan entre capas de átomos de carbono en la estructura cristalina del grafito. Cada unidad de grafito sólo puede contener un número fijo de iones de litio, determinado por la geometría de su cristal.

Este mecanismo de intercalación es estable y bien comprendido, pero establece un límite estricto sobre la cantidad de litio que un ánodo de grafito puede almacenar por gramo de material. Ese límite es parte de lo que limita la densidad de energía de las baterías LiPo convencionales a aproximadamente 200 a 260 Wh/kg a nivel de paquete, sin importar cuán bueno sea el resto del diseño.

Cómo las baterías de estado sólido pueden utilizar el litio de forma diferente

Aquí es donde el diseño de estado sólido crea una oportunidad de rendimiento significativa.

Debido a que los electrolitos sólidos pueden bloquear físicamente la penetración de las dendritas (los filamentos metálicos que hacen que los ánodos de litio metálico sean peligrosos en las baterías de electrolitos líquidos), las baterías de estado sólido pueden reemplazar los ánodos de grafito con litio metálico puro.

El litio metálico no se intercala. Chapa y pela directamente como metal a granel durante la carga y descarga. Y el litio metálico almacena aproximadamente 10 veces más iones de litio por gramo que el grafito.

El resultado: una batería de estado sólido con un ánodo de metal de litio no alcanza el mismo techo de densidad de energía que un diseño de ánodo de grafito. Esta es la arquitectura detrás de las cifras de densidad de energía a nivel de paquete de 350 a 400+ Wh/kg asociadas con baterías avanzadas de estado sólido, cifras que no se pueden lograr con ánodos de grafito, independientemente del tipo de electrolito.

Por qué es importante esta distinción al evaluar productos

No todas las baterías de estado sólido utilizan ánodos de metal de litio. Los diseños de estado sólido de primera generación a menudo conservan ánodos de grafito y solo reemplazan el electrolito. Esas baterías ofrecen mayor seguridad y vida útil en comparación con las LiPo (ventajas genuinas), pero su densidad de energía es similar a la de las baterías de iones de litio convencionales, no dramáticamente mayor.

Cuando ve una batería de estado sólido que afirma tener más de 350 Wh/kg, detrás de ese número hay un ánodo de metal de litio. Cuando vea uno que indique entre 210 y 240 Wh/kg, es casi seguro que esté usando grafito: el electrolito cambió, pero el ánodo no.

Para los operadores de vehículos aéreos no tripulados que eligen entre opciones de estado sólido, preguntarse "¿esta batería utiliza un ánodo de metal de litio o grafito?" le indica inmediatamente si las afirmaciones de densidad de energía se basan en la ventaja total del estado sólido o simplemente en la sustitución del electrolito.

Documentación de arquitectura de ánodo de BATERÍA ZYEB

BATERÍA ZYEBproporciona especificaciones de arquitectura de ánodo para baterías UAV de iones de litio de estado sólido y de polímero de litio de alto rendimiento, porque saber si hay metal de litio o grafito en el ánodo determina si los números de densidad de energía en la hoja de especificaciones provienen de un diseño de estado sólido completo o de un enfoque híbrido.

Baterías de estado sólidoutilizar litio. La pregunta más útil es dónde y cómo, y esa pregunta tiene una respuesta específica y documentable.