Ar itin plonai dengtos folijos sprendimai padvigubina dronų kietojo kūno baterijų saugos ribą?

Pramoniniai tikrinimo dronai, logistikos pristatymo UAV ir eVTOL platformos sparčiai pereina prie kietojo kūno baterijų , kad būtų pasiektas tūrinis energijos tankis, viršijantis  350–400 Wh/kg . Tačiau didelės galios bepiločių orlaivių skrydžiams reikia nuolatinio didelio C greičio iškrovimo, staigių pakilimo bangų ir atsparumo stipriai variklio vibracijai ( 100 Hz–1 500 Hz ).

Nors kietojo kūno elektrolitai (SSE) pakeičia degius skystus tirpiklius, standi kietojo ir kieto kontakto sąsaja tarp aktyvių katodo / anodo medžiagų ir standartinių metalinių srovės kolektorių išlieka kritiniu pažeidžiamumu. Naudojant itin plonai padengtos aliuminio ir vario folijos ( 4,5 μm - 9 μm  substratas su 0,5 μm - 1,5 μm funkcinėmis laidžiomis dangomis) efektyviai padvigubina praktinę dronų kietojo kūno baterijų saugos ribą, ciklo trukmę ir terminį stabilumą.

„Solid-Solid“ sąsajos kontaktų iššūkis

Skirtingai nuo skysto elektrolito baterijų, kurios natūraliai drėkina elektrodų paviršius, kietojo kūno baterijos visiškai priklauso nuo fizinio mechaninio slėgio, kad išlaikytų kontaktą:

Mikrosluoksniavimasis esant dinaminei įtampai: nuolatinis didelio C iškrovimas drono kilimo metu sukelia vietinį šiluminį plėtimąsi ir mechaninį šlyties įtempį, dėl kurio atsiranda fizinių spragų ties srovės kolektoriaus riba.

Impedanso šuoliai ir šiluminiai paleidikliai: Delaminacija sumažina kontaktinį plotą, padidina vidinį pasipriešinimą (Rᵢₙₜ) ir sukelia greitą vietinį įkaitimą, kuris kelia grėsmę kieto elektrolito vientisumui.

Palyginimas: pliko metalo kolektorius ir ypač plona dengta folija

Dabartinės kolektorių folijos sistemos

Toliau pateiktoje matricoje lyginami pliki kolektoriai su itin plona dengta drono kietojo kūno baterijų elementų folija:

Pagrindiniai profesionalūs dronų kietojo kūno akumuliatorių privalumai

DUK

1 klausimas: kodėl kietojo kūno baterijoms labiau reikia dengtos folijos nei tradicinėms skystoms baterijoms?

A: Kietojo kūno akumuliatoriuose trūksta skystų elektrolitų, kad užpildytų mikroskopinius paviršiaus tarpus. Padengtos folijos suteikia lankstų, laidžių buferinį sluoksnį, kuris palaiko nuolatinį fizinį ir elektrinį kontaktą per kietosios ir kietos medžiagos sąsają ląstelės plėtimosi ir susitraukimo metu.

2 klausimas: ar pridėjus dangos sluoksnį padidėja itin plonų folijų svoris?

A: Danga prideda tik 0,5–1,5 μm lengvos nanoanglies kiekvienoje pusėje ( <1,5 g/m² ). Ši minimali masė gerokai kompensuojama sumažinus metalinio pagrindo storį nuo 12 μm iki 6 μm , todėl grynasis elemento svoris sutaupomas 5–8 %..

3 klausimas: kaip padengtos folijos apsaugo nuo dendritų susidarymo ličio metalo kietojo kūno akumuliatoriuose?

A: Nano laidus gruntas išlygina mikroskopinį folijos paviršiaus šiurkštumą ir mikro įdubimus, sukurdamas visiškai vienodą elektrinį lauką. Tai apsaugo nuo lokalizuotos srovės koncentracijos, dėl kurios susidaro ličio dendrito branduolys.

4 klausimas: koks yra didžiausias nepertraukiamo iškrovimo greitis, kurį įgalina itin plona dengta folija?

A: Sumažinus sąsajos varžą ( R ᵢₙₜ) iki 80 % , itin plonos dengtos folijos leidžia kietojo kūno ląstelėms išlaikyti nuolatinį aukštą iškrovos greitį nuo 5 °C iki 10 °C be priešlaikinio įtampos kritimo ar stipraus šilumos padidėjimo.

5 klausimas: kaip itin plonai padengtos folijos apsaugomos nuo plyšimo vyniojant ar sukraunant akumuliatorių?

A: Didelio tempimo pagrindo lydiniai (pvz., kietas 1235/8011 aliuminis arba didelio stiprumo elektrolitinis varis) kartu su uždaros grandinės įtempimu valdomu pjaustymu neleidžia folijai plyšti atliekant greitas automatines krovimo operacijas.

Išvada

Priėmimas Itin plonai dengtos folijos sprendimai išsprendžia kritinį kietojo ir kieto kietojo kieto elemento sąsajos iššūkį, efektyviai padvigubina kietojo kūno drono baterijų saugos ribą ir veikimo patikimumą.

Norėdami optimizuoti drono baterijų gamybos medžiagų pasirinkimą:

Privalomos mikro giliaspaudės anglimi dengtos folijos: nurodykite 0,5 μm – 1,0 μm nano-anglies grunto dangas ant 9 μm aliuminio (katodo) ir 4,5 μm – 6 μm vario (anodo) folijos.

Reikalingas 180° atplėšimo stiprumo bandymas (>350 N/m): įsitikinkite, kad elementų gamintojai patikrina elektrodo ir folijos sukibimą prieš ir po dinaminės vibracijos bandymo.

Paviršiaus šiurkštumo ir įbrėžimų ribos (≤ 1 m): griežtai laikykitės lazerinio pjaustymo standartų, kad būtų užtikrintas nulinis folijos įbrėžimas, galintis pažeisti itin plonus kieto elektrolito sluoksnius.