全固体電池はグラファイトを使用していますか?

全固体電池はグラファイトを使用しますか?

答えは人によって異なります - そしてそれは重要です無人航空機の性能

この質問をする人のほとんどは、全固体電池と従来の電池の内部に実際に何が入っているのかを理解しようとしています。特に、エネルギー密度、サイクル寿命、または充電能力に言及する性能主張に基づいて調達を決定する場合には、これを知りたいと思うのは当然のことです。

直接の答え: いくつか全固体電池グラファイトアノードを使用するものと、使用しないものがあります。どのタイプに注目しているかは、期待できるパフォーマンスの利点に大きく影響します。違いを理解することは、実際に何を購入するのかを曖昧にするマーケティング用語を理解するのに役立ちます。

従来のリチウム電池でグラファイトが重要な理由

標準的なリチウムポリマー電池とリチウムイオン電池では、グラファイトがデフォルトの負極材料です。リチウムイオンは、充電中にグラファイト構造に侵入し（基本的に炭素原子の層の間を滑りながら）、放電中に放出されます。グラファイトは豊富に存在し、比較的安価で、特性が優れており、30 年間業界標準の負極材料となっています。

グラファイトの限界は、エネルギー貯蔵の上限です。各グラファイトユニットは、その結晶構造に基づいて、一定数のリチウムイオンのみを収容できます。この制限は、グラファイト陽極を使用するバッテリーのエネルギー密度の上限を設定します。現在生産されている高品質のリチウムポリマーバッテリーのパックレベルでは、およそ 200 ～ 260 Wh/kg です。

第一世代ソリッドステート: グラファイト陽極はまだ存在

最初に商業的に実現可能なもの全固体電池- 現在入手可能な多くの固体 UAV バッテリーを含む - グラファイト陽極を維持し、電解質のみを交換します。液体の有機電解質が固体材料に置き換えられていますが、電極の構造は認識可能なままです。

このアプローチは、メーカーがまったく新しい電極製造プロセスを開発するのではなく、既存の電極製造プロセスを適応させることができるため、実用的です。固体電解質は、同等の液体電解質に比べて安全性とサイクル寿命の大幅な向上を実現しており、可燃性液体電解質による熱暴走のリスクを排除し、LiPo セルのグラファイトアノードを時間の経過とともに劣化させる SEI の生成を低減します。

この設計では実現できないのは、ソリッド ステート テクノロジに関連する最大エネルギー密度の利点です。グラファイト陽極を使用すると、エネルギー貯蔵上限は従来のリチウムイオン電池と同様になります。パックレベルのエネルギー密度の向上は、根本的に高いアノード容量ではなく、主に電解質の軽量化とより緊密なパッケージングによってもたらされます。

次世代ソリッドステート: グラファイトを使用しないリチウム金属アノード

業界の見出しに登場するエネルギー密度の数値を実現するバージョンの全固体電池技術は、グラファイトを完全にリチウム金属アノードに置き換えます。

リチウム金属は、グラファイトよりもグラムあたり約 10 倍のエネルギーを蓄えます。グラファイトアノードの代わりにリチウム金属アノードを備えたバッテリーは、理論的には劇的に高いエネルギー密度を達成できます。これが、先進的な固体バッテリーの 350 ～ 400+Wh/kg という数値の由来です。

この設計には固体電解質が不可欠です。液体電解質バッテリーでは、リチウム金属アノードが樹状突起の成長、つまり最終的に短絡を引き起こす金属フィラメントを生成します。固体電解質はデンドライトの侵入を抑制する物理的障壁を提供し、従来のリチウムポリマー電池とは異なる方法でリチウム金属アノードを実行可能にします。

これは、全固体電池に関連するエネルギー密度の利点と安全性プロファイルの向上の両方を最大限に実現するアーキテクチャです。

ソリッドステート UAV バッテリーを評価する際にこれが意味すること

メーカーが自社の製品を「固体電池」と表現する場合、グラファイトに関する質問は具体的に尋ねる価値があります。

このバッテリーはグラファイト陽極またはリチウム金属陽極を使用していますか?

グラファイトアノード全固体電池は、LiPo に比べて安全性とサイクル寿命が向上していますが、これには大きな利点がありますが、この技術で可能な最大エネルギー密度の向上はありません。リチウム金属アノード全固体電池は、安全性の向上とともにエネルギー密度の利点を最大限に発揮します。

耐久性が主な制約である UAV オペレーターにとって、この区別は、ソリッド ステートのアップグレードが実際に飛行時間を大幅に延長するのか、それともエネルギー方程式を変更せずに主に安全性と寿命を向上させるのかを決定します。

ザイバッテリー のソリッドステート UAV バッテリー アーキテクチャ

ザイバッテリーは、文書化されたアノード構造を備えた固体リチウムイオン UAV バッテリーを開発しています。なぜなら、サプライヤー間でエネルギー密度の主張を比較する事業者にとって、それらの主張がグラファイトとリチウム金属のどちらのアノード設計に基づいているかを知ることは、実際に購入するものを理解することの一部だからです。

グラファイトに関する質問には、すべての固体電池に固有の答えがあります。購入を決定する前に必ず入手してください。