क्या सॉलिड स्टेट बैटरियां खराब हो जाती हैं?

क्या सॉलिड स्टेट बैटरियाँ खराब हो जाती हैं? हाँ - लेकिन आपकी अपेक्षा से भिन्न

हर बैटरी खराब हो जाती है। कोई भी आपको ऐसी बैटरी बेच रहा है जो बैटरी नहीं बेच रही है - वे आपको एक कहानी बेच रहे हैं। यूएवी ऑपरेटरों के लिए असली सवाल यह नहीं है कि क्याठोस अवस्था बैटरियाँअवक्रमित होते हैं, लेकिन वे कैसे विघटित होते हैं, कितनी तेजी से, और क्या वह अवक्रमण पैटर्न वाणिज्यिक संचालन के लिए लिथियम पॉलिमर पैक की तुलना में बेहतर या बदतर है।

इन तीनों के उत्तर साधारण हाँ या ना से अधिक उपयोगी हैं।

पारंपरिक लीपो बैटरियां कैसे ख़राब होती हैं

यह समझने के लिए कि ठोस अवस्था का क्षरण अलग क्यों है, यह उन प्राथमिक तंत्रों को जानने में मदद करता है जो LiPo बैटरी जीवन को सीमित करते हैं।

अधिकांश LiPo कोशिकाओं में इलेक्ट्रोलाइट ऑक्सीकरण प्रमुख दीर्घकालिक क्षरण मार्ग है। तरल कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट बार-बार चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों पर इलेक्ट्रोड सतहों के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है, जिससे एक परत बनती है जिसे ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ (एसईआई) कहा जाता है। यह परत धीरे-धीरे आंतरिक प्रतिरोध को बढ़ाती है और लिथियम का उपभोग करती है जो अब ऊर्जा भंडारण में भाग नहीं ले सकती है - चक्र दर चक्र क्षमता को कम करती है।

लिथियम चढ़ाना तेज चार्जिंग या कम तापमान वाली चार्जिंग के दौरान होता है, जब लिथियम आयन अवशोषित होने की तुलना में ग्रेफाइट एनोड पर तेजी से पहुंचते हैं। एनोड सतह पर धात्विक लिथियम जमा हो जाता है, जिससे क्षमता कम हो जाती है और समय के साथ आंतरिक शॉर्ट सर्किट का खतरा बढ़ जाता है।

कैथोड संरचनात्मक थकान तब होती है जब चक्रण के दौरान इलेक्ट्रोड सामग्री के बार-बार विस्तार और संकुचन के कारण कैथोड कणों में सूक्ष्म दरारें पड़ जाती हैं - जिससे आयन विनिमय के लिए उपलब्ध सतह क्षेत्र कम हो जाता है और क्षमता उत्तरोत्तर सीमित हो जाती है।

ये तीनों तंत्र मिश्रित हैं। 400 चक्रों वाला एक लीपो पैक न केवल पुराना है - इसमें एक साथ सभी 3 मार्गों से संचित क्षति है।

कैसेसॉलिड स्टेट बैटरियाँअलग ढंग से नीचा दिखाना

तरल इलेक्ट्रोलाइट को हटाने से यह बदल जाता है कि कौन से क्षरण तंत्र सक्रिय हैं और वे कितनी तेजी से प्रगति करते हैं।

इलेक्ट्रोलाइट ऑक्सीकरण नाटकीय रूप से कम हो जाता है। ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स इलेक्ट्रोड सतहों के साथ उसी तरह प्रतिक्रिया नहीं करते हैं जिस तरह तरल इलेक्ट्रोलाइट्स करते हैं। लीपो कोशिकाओं में लिथियम क्षमता की खपत करने वाला एसईआई गठन या तो नहीं बनता है या ठोस अवस्था कोशिकाओं में बहुत धीमी गति से बनता है। यह प्राथमिक कारण है कि सॉलिड स्टेट बैटरियां अधिक चक्रों में बेहतर क्षमता बनाए रखती हैं - वे उसी दर पर एसईआई वृद्धि के लिए लिथियम नहीं खो रही हैं।

लिथियम चढ़ाना की गतिशीलता बदल जाती है। ठोस अवस्था कोशिकाओं में लिथियम धातु एनोड, लिथियम प्लेट और स्ट्रिप्स का उपयोग स्वाभाविक रूप से सामान्य ऑपरेशन के हिस्से के रूप में किया जाता है। ठोस इलेक्ट्रोलाइट डेंड्राइट प्रवेश के खिलाफ एक भौतिक बाधा प्रदान करता है जो तरल इलेक्ट्रोलाइट्स नहीं कर सकता है - जो सैद्धांतिक रूप से समान प्लेटिंग-संबंधित गिरावट जोखिम के बिना तेजी से चार्जिंग की अनुमति देता है जो लीपो चार्ज दरों को सीमित करता है।

एक नया क्षरण तंत्र उभरता है: इंटरफ़ेस प्रदूषण। यह ठोस अवस्था रसायन विज्ञान के लिए विशिष्ट चुनौती है। चूंकि साइकिल चलाने के दौरान इलेक्ट्रोड फैलते और सिकुड़ते हैं, इसलिए ठोस इलेक्ट्रोलाइट तरल इलेक्ट्रोलाइट की तरह संपर्क बनाए रखने के लिए प्रवाहित नहीं होता है। इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट सतहों के बीच सूक्ष्म अंतराल विकसित हो सकते हैं - प्रतिरोध बढ़ जाता है और आयन स्थानांतरण दक्षता कम हो जाती है। वर्तमान पीढ़ी की सॉलिड स्टेट यूएवी बैटरियों में, यह इंटरफ़ेस प्रबंधन चक्र जीवन को प्रभावित करने वाली प्राथमिक इंजीनियरिंग चुनौतियों में से एक है।

व्यवहार में यूएवी ऑपरेटरों के लिए इसका क्या मतलब है

इन विभिन्न क्षरण तंत्रों का शुद्ध प्रभाव:वाणिज्यिक यूएवी अनुप्रयोगों में ठोस अवस्था बैटरियांआम तौर पर समतुल्य लीपो पैक की तुलना में प्रति चक्र धीमी क्षमता में कमी प्रदर्शित होती है - तुलनीय परिस्थितियों में लीपो के लिए 80% क्षमता प्रतिधारण पर 600 से 900 चक्र जबकि लीपो के लिए 300 से 500।

लेकिन गिरावट अदृश्य या शून्य नहीं है. सॉलिड स्टेट पैक समय के साथ क्षमता खो देते हैं। दर धीमी है, तंत्र अलग हैं, और जीवन के अंत का व्यवहार आम तौर पर अधिक पूर्वानुमानित होता है - लेकिन प्रतिस्थापन कार्यक्रम की योजना बनाने वाले ऑपरेटरों को अभी भी ठोस राज्य पैक को हमेशा के लिए चलने के बजाय गिरावट के लिए जिम्मेदार ठहराने की आवश्यकता है।

सॉलिड स्टेट बैटरियों का अधिक पूर्वानुमानित क्षरण वक्र वास्तव में बेड़े प्रबंधन के लिए उपयोगी है। ठोस अवस्था कोशिकाओं में क्षमता फीकी अधिक रैखिक होती है और अचानक गिरावट की संभावना कम होती है जो कि पुराने लीपो पैक कभी-कभी तब प्रदर्शित होते हैं जब संचित एसईआई क्षति एक सीमा तक पहुंच जाती है। वह रैखिकता प्रतिस्थापन समय की योजना बनाना आसान बनाती है।

Zyeबैटरी का क्षरण दस्तावेज़ीकरण

Zyeबैटरीठोस अवस्था लिथियम आयन और उच्च प्रदर्शन लिथियम पॉलिमर यूएवी बैटरियों के लिए वास्तविक परिचालन स्थिति परीक्षण के आधार पर चक्र जीवन और क्षमता प्रतिधारण डेटा प्रदान करता है - न कि केवल प्रयोगशाला आदर्शों पर। प्रतिस्थापन बजट और बेड़े प्रबंधन कार्यक्रम बनाने वाले ऑपरेटरों के लिए, वास्तविक गिरावट वक्र को जानना उतना ही मायने रखता है जितना कि शुरुआती प्रदर्शन को जानना।

सॉलिड स्टेट बैटरियां खराब हो जाती हैं। वे इसे धीमी गति से, अधिक पूर्वानुमानित तरीके से करते हैं, और लीपो पैक की तुलना में अलग-अलग कारणों से अधिकांश ऑपरेटर प्रतिस्थापित करने के आदी हैं।