Πώς συγκρίνονται οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου όσον αφορά την ασφάλεια;

Έχετε ποτέ ανησυχείτε για την υπερθέρμανση του τηλεφώνου σας ή ακόμα και την εκρηκτική σας κατά την φόρτιση; Έχετε αισθανθεί ποτέ ανησυχείτε για την ασφάλεια της μπαταρίας αφού είδε ειδησεογραφικές αναφορές για τα αεροσκάφη που πιάνει πυρκαγιά λόγω προβλημάτων μπαταρίας; Μεταξύ των διαφόρων διαθέσιμων τύπων μπαταριών,μπαταρίες στερεάς κατάστασης και μπαταρίες ιόντων λιθίουσυχνά συγκρίνονται. Ποιο είναι ασφαλέστερο;

Για να διερευνήσουμε αυτήν την ερώτηση, πρέπει να ξεκινήσουμε με τα βασικά συστατικά των μπαταριών.

1. Electrolyte: Η πρώτη γραμμή άμυνας για ασφάλεια

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου συνήθως χρησιμοποιούν οργανικά υγρά ηλεκτρολύτες, οι οποίες έχουν ορισμένο βαθμό ευφλεκτότητας. Όταν η μπαταρία υποβάλλεται σε μηχανικές επιπτώσεις, υπερφόρτιση ή υψηλές θερμοκρασίες, μπορούν να εμφανιστούν εσωτερικά βραχυκυκλώματα, προκαλώντας ταχεία αύξηση της θερμοκρασίας. Ο υγρός ηλεκτρολύτης μπορεί να αποσυντεθεί και να απελευθερώσει εύφλεκτα αέρια, οδηγώντας σε καύση ή ακόμη και εκρήξεις, πολλές από τις οποίες σχετίζονται με την αστάθεια του υγρού ηλεκτρολύτη.

Αντίθετα, ημι-στερεά-κράτη-μπαταρία Χρησιμοποιήστε στερεά ηλεκτρολύτες όπως κεραμικά ή πολυμερή, τα οποία παρουσιάζουν εξαιρετική χημική σταθερότητα και μη ευφυΐα. Ακόμη και κάτω από ακραίες συνθήκες, τα στερεά ηλεκτρολύτες είναι απίθανο να αποσυντεθούν ή να διαρρεύσουν, μειώνοντας σημαντικά τον κίνδυνο πυρκαγιάς ή έκρηξης. Οι ηλεκτρολύτες στερεών σουλφιδίων έχουν σημείο ανάφλεξης που υπερβαίνει τους 500 ° C, ενώ οι ηλεκτρολύτες οξειδίου παραμένουν σταθερά ακόμη και στους 800 ° C.

Δομικά, τα ηλεκτρόδια σε μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι στενά τοποθετημένα, καθιστώντας τα επιρρεπή σε ανάπτυξη δενδριτών. Οι δενδρίτες είναι κρύσταλλοι που σχηματίζονται από την ανομοιόμορφη εναπόθεση ιόντων λιθίου στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου κατά τη διάρκεια της φόρτισης και της εκφόρτισης. 

Μπορούν να τρυπήσουν τον διαχωριστή, προκαλώντας εσωτερικά βραχυκυκλώματα και περιστατικά ασφαλείας. Αντίθετα, οι στερεοί ηλεκτρολύτες σε μπαταρίες στερεάς κατάστασης έχουν υψηλή μηχανική αντοχή, καταστέλλοντας αποτελεσματικά την ανάπτυξη και τη διείσδυση των δενδριτών, ενισχύοντας περαιτέρω την ασφάλεια των μπαταριών.

2. Ανταγωνισμός επιβίωσης σε ακραία περιβάλλοντα

Στους -20 ° C, ο υγρός ηλεκτρολύτης σε μπαταρίες ιόντων λιθίου γίνεται ιξώδης, προκαλώντας απότομη πτώση στην αποτελεσματικότητα της αγωγιμότητας ιόντων. Αυτό όχι μόνο μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας, αλλά μπορεί επίσης να επιδεινώσει την ανάπτυξη δενδριτών λόγω της ανομοιόμορφης φόρτισης και εκφόρτισης. Αντίθετα,μπαταρίες στερεάς κατάστασηςΗ χρήση ηλεκτρολυτών σουλφιδίου μπορεί να διατηρήσει πάνω από το 70% της χωρητικότητάς τους στους -40 ° C και ο ρυθμός ανάπτυξης δενδριτών σε χαμηλές θερμοκρασίες είναι μόνο το ένα πέμπτο των μπαταριών ιόντων λιθίου.

Το χάσμα γίνεται ακόμη πιο έντονο σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος φτάσει τους 45 ° C, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου απαιτούν ένα σύστημα ψύξης για τη διατήρηση της ασφάλειας, ενώ οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης, μετά από 500 κύκλους συνεχούς φόρτισης και εκφόρτισης στους 60 ° C, παρουσιάζουν μόνο 3% αύξηση της αποικοδόμησης χωρητικότητας σε σύγκριση με τις συνθήκες θερμοκρασίας δωματίου.

3. Εξισορρόπηση της ασφάλειας στη διαδικασία εμπορευματοποίησης

Ωστόσο, οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης αντιμετωπίζουν επί του παρόντος ορισμένες προκλήσεις.

Για παράδειγμα, το κόστος παραγωγής τους είναι σχετικά υψηλό και η διαδικασία κατασκευής είναι πιο περίπλοκη, η οποία σε κάποιο βαθμό περιορίζει την εφαρμογή τους σε μεγάλη κλίμακα. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, από την άλλη πλευρά, έχουν υποβληθεί σε χρόνια ανάπτυξης, με σχετικά ώριμη τεχνολογία και χαμηλότερο κόστος, καθιστώντας τους κυρίαρχους στην αγορά.

Αν και οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης θεωρητικά προσφέρουν ανώτερη ασφάλεια, πρέπει ακόμα να αντιμετωπίσουν πρακτικές προκλήσεις σε αυτό το στάδιο.

Το ζήτημα της αντίστασης της διασύνδεσης των μπαταριών όλων των στερεών καταστάσεων δεν έχει ακόμη επιλυθεί πλήρως και ορισμένοι κατασκευαστές έχουν υιοθετήσει ένα "ημι-στερεός-κατάσταση"Μεταβατική λύση - Ενεργοποίηση μιας μικρής ποσότητας υγρού ηλεκτρολύτη για την ενίσχυση της αγωγιμότητας.

Η επιλογή μιας μπαταρίας επιλέγει ουσιαστικά μια φιλοσοφία ασφαλείας: οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι σαν μαχαίρια ελβετικού στρατού ακριβείας, επιτυγχάνοντας ελεγχόμενη ασφάλεια μέσω σύνθετων προστατευτικών μέτρων. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης είναι σαν ένα στερεό βράχο, εγγενώς σταθερές και ανθεκτικές σε κινδύνους.

Συνολικά, όσον αφορά την ασφάλεια, συμπαραγωγή στερεάς κατάστασης Πράγματι, έχει ένα πλεονέκτημα έναντι των μπαταριών ιόντων λιθίου λόγω των χαρακτηριστικών των ηλεκτρολύτες στερεάς κατάστασης και του ανώτερου δομικού σχεδιασμού. Καθώς η τεχνολογία συνεχίζει να προχωρά, το κόστος των μπαταριών στερεάς κατάστασης αναμένεται να μειωθεί σταδιακά και ενδέχεται τελικά να αντικαταστήσουν τις μπαταρίες ιόντων λιθίου σε περισσότερες εφαρμογές, παρέχοντας ασφαλέστερες ενεργειακές λύσεις για τη ζωή μας.  

Για να μάθετε περισσότερα για συμπαραγωγή στερεάς κατάστασης ή να εξερευνήσετε επιλογές για τις συγκεκριμένες ανάγκες σας; Η ομάδα μας στο Zye είναι εδώ για να βοηθήσει.

Ειδικευόμαστε στις τεχνολογίες μπαταριών αιχμής και μπορούμε να παρέχουμε καθοδήγηση εμπειρογνωμόνων σχετικά με την επιλογή της σωστής λύσης για την αίτησή σας.

Μην διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας coco@zyepower.com Για περισσότερες πληροφορίες ή για να συζητήσετε τις απαιτήσεις σας. Ας ενεργοποιήσουμε το μέλλον μαζί!