แบตเตอรี่โซลิดสเตตใช้ลิเธียมหรือไม่?

ไม่แบตเตอรี่โซลิดสเตตใช้ลิเธียม? 

ใช่ - แต่ไม่ใช่ในลักษณะเดียวกัน

ใช่,แบตเตอรี่โซลิดสเตตใช้ลิเธียม ส่วนนั้นตรงไปตรงมา สิ่งที่น่าสนใจกว่าและมีประโยชน์มากกว่าสำหรับทุกคนที่พยายามทำความเข้าใจว่าเหตุใดแบตเตอรี่โซลิดสเตตจึงแตกต่างจากแบตเตอรี่ทั่วไป ก็คือวิธีการใช้ลิเธียม และสิ่งที่เปลี่ยนแปลงไปเมื่อคุณเปลี่ยนจากการออกแบบอิเล็กโทรไลต์เหลวไปเป็นแบตเตอรี่แบบแข็ง

ความแตกต่างไม่ใช่แค่รายละเอียดทางวิศวกรรมเท่านั้น โดยจะอธิบายการกล่าวอ้างด้านประสิทธิภาพที่คุณเห็นในการตลาดแบตเตอรี่โซลิดสเตต และช่วยคุณประเมินว่าการกล่าวอ้างเหล่านั้นมีผลกับแบตเตอรี่เฉพาะที่คุณกำลังพิจารณาหรือไม่

บทบาทของลิเธียมในแบตเตอรี่ทุกชนิด

ในแบตเตอรี่ลิเธียมทุกก้อน ทั้งแบบโซลิดสเตตหรือแบบทั่วไป ลิเธียมคือไอออนที่ใช้งานได้ ในระหว่างการชาร์จ ลิเธียมไอออนจะปล่อยแคโทด (อิเล็กโทรดขั้วบวก) เดินทางผ่านอิเล็กโทรไลต์ และถูกเก็บไว้ในขั้วบวก (อิเล็กโทรดเชิงลบ) ในระหว่างการคายประจุ กระบวนการดังกล่าวจะกลับกัน โดยลิเธียมไอออนจะเคลื่อนที่จากขั้วบวกกลับผ่านอิเล็กโทรไลต์ไปยังแคโทด และพลังงานที่ปล่อยออกมาในการเคลื่อนที่นั้นจะส่งพลังงานให้กับโดรน

หน้าที่ของอิเล็กโทรไลต์คือเพียงปล่อยให้ลิเธียมไอออนผ่านไปในขณะที่ปิดกั้นอิเล็กตรอน ซึ่งถูกบังคับให้เดินทางผ่านวงจรภายนอกแทน เพื่อจ่ายกำลังให้กับมอเตอร์ ไม่ว่าอิเล็กโทรไลต์นั้นจะเป็นของเหลวหรือของแข็ง ลิเธียมก็ทำหน้าที่พื้นฐานเดียวกัน

สิ่งที่เปลี่ยนแปลงคือตำแหน่งที่ลิเธียมถูกเก็บไว้ในขั้วบวก และความมีประสิทธิภาพในการจัดเก็บข้อมูลนั้น

วิธีที่แบตเตอรี่ทั่วไปจัดเก็บลิเธียมที่ขั้วบวก

ในแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์มาตรฐาน แอโนดทำจากกราไฟท์ ลิเธียมไอออนไม่เพียงแค่สะสมบนกราไฟท์เท่านั้น แต่ยังมีการแทรกแซง ซึ่งหมายความว่าพวกมันเลื่อนไปมาระหว่างชั้นอะตอมของคาร์บอนในโครงสร้างผลึกกราไฟท์ กราไฟท์แต่ละหน่วยสามารถกักเก็บลิเธียมไอออนได้เพียงจำนวนคงที่เท่านั้น โดยพิจารณาจากรูปทรงของคริสตัล

กลไกการอินเทอร์คาเลชันนี้มีความเสถียรและเป็นที่เข้าใจกันดี แต่ได้กำหนดเพดานที่หนักแน่นว่าขั้วบวกกราไฟท์ของลิเธียมสามารถจัดเก็บได้ต่อกรัมของวัสดุมากน้อยเพียงใด เพดานดังกล่าวเป็นส่วนหนึ่งของสิ่งที่จำกัดความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่ LiPo ทั่วไปให้อยู่ที่ประมาณ 200 ถึง 260 Wh/kg ที่ระดับแพ็ค ไม่ว่าการออกแบบที่เหลือจะดีแค่ไหนก็ตาม

แบตเตอรี่โซลิดสเตตสามารถใช้ลิเธียมแตกต่างกันได้อย่างไร

นี่คือจุดที่การออกแบบโซลิดสเตตสร้างโอกาสด้านประสิทธิภาพที่มีความหมาย

เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งสามารถป้องกันการแทรกซึมของเดนไดรต์ได้ทางกายภาพ ซึ่งเป็นเส้นใยโลหะที่ทำให้ขั้วบวกของโลหะลิเธียมเป็นอันตรายในแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์เหลว แบตเตอรี่โซลิดสเตตจึงสามารถแทนที่ขั้วบวกกราไฟท์ด้วยโลหะลิเธียมบริสุทธิ์ได้

โลหะลิเธียมไม่แทรกแซง มันแผ่นและลอกโดยตรงเป็นโลหะจำนวนมากในระหว่างการชาร์จและคายประจุ และโลหะลิเธียมกักเก็บลิเธียมไอออนต่อกรัมได้มากกว่ากราไฟท์ประมาณ 10 เท่า

ผลลัพธ์: แบตเตอรี่โซลิดสเตตที่มีแอโนดโลหะลิเธียมไม่กระทบเพดานความหนาแน่นของพลังงานเดียวกันกับการออกแบบกราไฟท์-แอโนด นี่คือสถาปัตยกรรมเบื้องหลังตัวเลขความหนาแน่นพลังงานระดับแพ็ค 350 ถึง 400+ Wh/kg ที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่โซลิดสเตตขั้นสูง ซึ่งเป็นตัวเลขที่ไม่สามารถทำได้ด้วยกราไฟท์แอโนดไม่ว่าอิเล็กโทรไลต์จะเป็นประเภทใดก็ตาม

เหตุใดความแตกต่างนี้จึงมีความสำคัญเมื่อประเมินผลิตภัณฑ์

แบตเตอรี่โซลิดสเตตบางรุ่นใช้ขั้วบวกโลหะลิเธียม การออกแบบโซลิดสเตตรุ่นแรกมักจะคงแกรไฟต์แอโนดไว้และแทนที่อิเล็กโทรไลต์เท่านั้น แบตเตอรี่เหล่านี้มีความปลอดภัยและอายุการใช้งานที่ดีขึ้นเมื่อเทียบกับ LiPo ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่แท้จริง แต่ความหนาแน่นของพลังงานนั้นคล้ายคลึงกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไป ซึ่งไม่ได้สูงกว่ามากนัก

เมื่อคุณเห็นแบตเตอรี่โซลิดสเตตที่มีพลังงาน 350+ Wh/kg แสดงว่าขั้วบวกโลหะลิเธียมอยู่ด้านหลังตัวเลขนั้น เมื่อคุณเห็นอุปกรณ์อ้างว่า 210 ถึง 240 Wh/kg เกือบจะแน่นอนว่าต้องใช้กราไฟท์ เนื่องจากอิเล็กโทรไลต์เปลี่ยนไป แต่ขั้วบวกไม่ได้เปลี่ยน

สำหรับผู้ปฏิบัติงาน UAV ที่เลือกระหว่างตัวเลือกโซลิดสเตต โดยถามว่า "แบตเตอรี่นี้ใช้ขั้วบวกโลหะลิเธียมหรือกราไฟต์หรือไม่" แจ้งให้คุณทราบทันทีว่าการกล่าวอ้างความหนาแน่นของพลังงานนั้นอิงตามข้อดีของโซลิดสเตตโดยสมบูรณ์หรือเพียงการทดแทนอิเล็กโทรไลต์

เอกสารประกอบสถาปัตยกรรมแอโนดของ ไซแบตเตอรี่

ไซแบตเตอรี่ให้ข้อกำหนดสถาปัตยกรรมแอโนดสำหรับลิเธียมไอออนโซลิดสเตตและแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ UAV ประสิทธิภาพสูง เนื่องจากการรู้ว่าโลหะลิเธียมหรือกราไฟท์อยู่ที่ขั้วบวกจะเป็นตัวกำหนดว่าตัวเลขความหนาแน่นของพลังงานบนแผ่นข้อมูลจำเพาะนั้นมาจากการออกแบบโซลิดสเตตแบบเต็มหรือวิธีการแบบไฮบริด

แบตเตอรี่โซลิดสเตตใช้ลิเธียม คำถามที่เป็นประโยชน์มากกว่าคือที่ไหนและอย่างไร และคำถามนั้นมีคำตอบเฉพาะเจาะจงที่สามารถจัดทำเป็นเอกสารได้