¿Cómo funciona una batería de estado sólido?

¿Cómo funciona unBatería de estado sólido¿Trabajar? Una explicación sencilla para los operadores de vehículos aéreos no tripulados

Entendiendo cómo unbatería de estado sólidofunciona no requiere un título en química. Requiere comprender una diferencia clave con las baterías con las que ya está familiarizado y luego seguir la lógica de lo que cambia esa diferencia.

Aquí está la explicación más clara del funcionamiento de baterías de estado sólido, escrita para personas que vuelan drones en lugar de para personas que los construyen.

Comience con lo que hace cada batería

Cada batería: batería del teléfono,batería de drones, batería de automóvil: hace el mismo trabajo básico. Almacena energía química y la convierte en energía eléctrica según demanda.

Dentro de cada batería de litio hay 3 componentes esenciales: un electrodo positivo llamado cátodo, un electrodo negativo llamado ánodo y una capa intermedia llamada electrolito que se encuentra entre ellos. Durante la carga, los iones de litio se mueven desde el cátodo, a través del electrolito y hacia el ánodo, almacenando energía en esa disposición. Durante la descarga, esos iones retroceden en la dirección opuesta y la energía liberada en ese movimiento alimenta los motores del dron.

El trabajo del electrolito es específico: dejar pasar los iones de litio, pero bloquear los electrones. Los electrones tienen que viajar a través del circuito externo (a través de los controladores de motor, los motores y la electrónica de vuelo), que es como realizan un trabajo útil. Si los electrones pudieran atravesar el electrolito directamente, la batería sufriría un cortocircuito inmediatamente.

Lo que hace que el estado sólido sea diferente

En las baterías de polímero de litio convencionales, el electrolito es un líquido o gel, específicamente un disolvente orgánico que contiene sales de litio disueltas. Funciona bien. También es inflamable, sensible a la temperatura y se degrada con el tiempo mediante reacciones químicas con las superficies de los electrodos.

Una batería de estado sólido reemplaza ese líquido por un material sólido. El electrolito sólido sigue haciendo exactamente el mismo trabajo (dejar pasar los iones de litio mientras bloquea los electrones), pero lo hace mediante un mecanismo físico fundamentalmente diferente.

En lugar de que los iones se desplacen a través del líquido, se mueven a través de una estructura sólida cristalina o amorfa, saltando entre sitios conductores de iones dentro del material. Dependiendo de la química del electrolito, esos materiales sólidos pueden ser cerámicas (como LLZO - óxido de litio, lantano y circonio), polímeros o compuestos de sulfuro. Cada uno tiene diferente conductividad iónica, rendimiento de temperatura y características de fabricación.

Qué cambia sobre el rendimiento

Debido a que el electrolito ahora es sólido, varias cosas cambian simultáneamente:

El riesgo de incendio disminuye significativamente. El disolvente orgánico que hace que los electrolitos líquidos sean inflamables no está presente. No hay nada que pueda encenderse en la secuencia de fuga térmica que provoca incendios en las baterías de litio. Una celda de estado sólido dañada mecánicamente pierde su función en lugar de convertirse en un peligro de incendio.

La celda puede alojar un ánodo de metal litio. En las baterías de electrolito líquido, los ánodos de litio metálico provocan el crecimiento de dendritas, filamentos metálicos que eventualmente provocan un cortocircuito en la celda. Los electrolitos sólidos son lo suficientemente densos como para bloquear físicamente la penetración de las dendritas, lo que hace viables los ánodos de metal de litio. El metal de litio almacena aproximadamente 10 veces más energía por gramo que los ánodos de grafito utilizados en las baterías convencionales, lo que es la fuente de las ventajas de densidad de energía de las baterías de estado sólido.

La degradación se ralentiza. Los electrolitos líquidos reaccionan gradualmente con las superficies de los electrodos durante cientos de ciclos de carga, formando capas que aumentan la resistencia interna y reducen la capacidad. Los electrolitos sólidos son químicamente más estables y reaccionan más lentamente con los materiales de los electrodos. Esa estabilidad es la razón por la que las baterías de estado sólido demuestran un ciclo de vida más largo en condiciones operativas comparables.

Lo que no ha cambiado

La operación fundamental (los iones de litio se mueven hacia adelante y hacia atrás entre el cátodo y el ánodo a través de un electrolito) es idéntica a la de todas las baterías de litio que haya usado antes. El rango de voltaje es similar. El proceso de carga y descarga sigue los mismos principios. La batería aún necesita un sistema de administración de batería para monitorear los voltajes de las celdas, administrar el equilibrio y proteger contra condiciones de abuso.

El estado sólido no es un tipo diferente de almacenamiento de energía. Es del mismo tipo, con un componente, el electrolito, rediseñado de una manera que elimina las limitaciones más importantes de la química de las baterías de litio convencionales.

Baterías UAV de estado sólido de BATERÍA ZYEB

BATERÍA ZYEBdesarrolla baterías UAV de iones de litio de estado sólido y polímero de litio de alto rendimiento para aplicaciones comerciales de drones. Comprender cómo funciona la tecnología es el punto de partida para comprender por qué difieren las características de rendimiento y para tomar decisiones sobre la batería basándose en una comprensión real y no únicamente en los números de las hojas de especificaciones.