Қатты мемлекеттік батареяларда қандай материалдар бар?

Қатты күйдегі батареялар энергия сақтау технологиясындағы революциялық өсуді, энергияның тиімділігі, қауіпсіздіктің жоғарылауы, қауіпсіздікті жақсартқан және литий-ион аккумуляторларымен салыстырғанда ұзағырақ өмір сүру деңгейі. Осы инновациялардың негізінде олардың құрылысында қолданылатын ерекше материалдар табылады. Бұл мақала негізгі компоненттерге беріледіҚатты күйдегі батарея жоғары қуатМүмкіндігінше, бұл материалдардың қалай күшейтілген өнімділікке және даладағы жетістіктерді талқылауға қалай үлес қоса алу.

Жоғары энергиялы қатты күйдегі батареялардың артындағы негізгі материалдар

Қатты күйдегі батареяларда қолданылатын материалдар олардың жұмысы мен мүмкіндіктері үшін өте маңызды. Сұйық электролиттерді қолданатын литий-иондық батареялардан айырмашылығы, қатты күйдегі аккумуляторлар өздерінің жетілдірілген сипаттамаларының өзегінде орналасқан қатты электролиттерді пайдаланады. Осы жоғары қуатты сақтау құрылғыларын қосатын негізгі материалдарды қарастырайық:

Қатты электролиттер:

Қатты электролиттер - бұл қатты күйдегі батареялардың анықтайтын ерекшелігі. Бұл материалдар иондарды қатты күйде қалған кезде анод пен катод арасындағы иондар өткізеді. Қатты электролиттердің жалпы түрлері:

Керамикалық электролиттер: Оларға LLZO (Li7la3zr2o12) және LATP (Li1.3Al0.3TI1.7) және LATP (Li1.3Al0.3TI1.7) және олардың жоғары иондық өткізгіштігі мен тұрақтылығымен танымал материалдар кіреді.

Сульфид негізіндегі электролиттер: Мысалдарға LI10GEP2S12, ол бөлме температурасында өте жақсы иондық өткізгіштік ұсынады.

Полимерлі электролиттер: Peo (полиэтилен оксиді) сияқты икемді материалдарды оңай өңдеуге және қалыптастыруға болады.

Анодтар:

Анодтық материалдарҚатты күйдегі батарея жоғары қуатЖүйелер көбінесе дәстүрлі литий-ион аккумуляторларынан ерекшеленеді:

Литий металы: Көптеген қатты күйдегі батареялар өте жоғары энергияның тығыздығы ұсынатын таза литий металл анодтарын пайдаланады.

Кремний: Кейбір дизайн дәстүрлі графит анодтардан гөрі литий иондарын сақтай алатын кремний анодтарын қамтиды.

Литий қорытпалары: литий-индий немесе литий-алюминий сияқты қорытпалар жоғары сыйымдылық пен тұрақтылық арасындағы тепе-теңдікті қамтамасыз ете алады.

Катодтар:

Қатты күйдегі батареялардағы катод материалдары көбінесе литий-ион аккумуляторларында қолданылады, бірақ қатты мемлекеттік жүйелер үшін оңтайландырылуы мүмкін:

Литий кобальт оксиді (LicoO2): жоғары энергияның тығыздығымен танымал ортақ катодты материал.

Никель-бай катодтар: NMC сияқты материалдар (литий никель марганеці кобальт оксиді) жоғары энергияның тығыздығы және жылу тұрақтылығын жақсартты.

Күкірт: Кейбір тәжірибелік қатты күйдегі батареялар күкірт катодтарын жоғары теориялық сыйымдылығы үшін пайдаланады.

Батареяның қатты мемлекеттік материалдары қалай өнімділікті арттырады

Қатты күйдіретін батарея материалының ерекше қасиеттері олардың жақсарған нәтижелеріне айтарлықтай үлес қосады. Бұл тетіктерді түсіну мұның себебін түсіндіруге көмектеседіҚатты күйдегі батарея жоғары қуатСақтау саладағы мұндай толқуды тудырады:

Энергия тығыздығының жоғарылауы

Қатты электролиттер литий метал анодтарын қолдануға мүмкіндік береді, олар кәдімгі литий-иондық батареяларда қолданылатын графит анодтарына қарағанда әлдеқайда жоғары. Бұл қатты күйдегі батареяларға бірдей көлемде энергия сақтауға мүмкіндік береді, бұл батареялардың энергияның тығыздығын екі есе немесе тіпті үш есе көбейту немесе тіпті үш есе көбейтуге мүмкіндік береді.

Жетілдірілген қауіпсіздік

Қатты электролиттер анод пен катод арасындағы физикалық тосқауыл болып табылады, қысқа тұйықталу қаупін азайтады. Сонымен қатар, қатты электролиттер жанбайтын, жанбайтын, дәстүрлі батареялардағы сұйық электролиттермен байланысты өрт қаупін жою.

Жақсартылған жылу тұрақтылығы

Қатты күйдегі батареялардың материалдары, әдетте, сұйық әріптестеріне қарағанда жылу тұрақтылығы жақсы. Бұл кеңірек температура диапазонында жұмыс істеуге мүмкіндік береді және электромобильдер сияқты қосымшаларда салқындату жүйелерінің қажеттілігін төмендетеді.

Ұзағырақ қызмет

Қатты электролиттердің тұрақтылығы дендриттердің пайда болуына жол бермейді, бұл қысқа тізбектерді тудыруы және батареяның өмірін әдеттегі литий-ион батареяларында азайтуға көмектеседі. Бұл тұрақтылық ұзақ цикл мен жалпы батареяның ұзақ өмір сүруіне ықпал етеді.

Қатты күйдегі жоғары жетістіктер

Зерттеу және әзірлеуҚатты күйдегі батарея жоғары қуатСақтау мүмкін емес нәрсенің шекараларын итеруді жалғастырады. Міне, қатты күйдегі батареялармен соңғы жетістіктер бар:

Роман электролитінің құрамы

Ғалымдар иондық өткізгіштік пен тұрақтылықты жақсартқан қатты электролиттер үшін жаңа композицияларды зерттеп жатыр. Мысалы, зерттеушілер жоғары сапалы қатты күйдегі батареялар үшін уәде көрсететін галий бен галогендік қатты электролиттердің жаңа класын жасады.

Композиттік электролиттер

Қатты электролиттердің әртүрлі түрлерін біріктіру әр материалдың күшті жақтарын ұстай алады. Мысалы, керамикалық-полимерлі композициялық электролиттер керамиканың жоғары иондық өткізгіштігін полимерлердің икемділігі мен өңделуімен үйлестіруге бағытталған.

Нано-инженерлік интерфейстер

Қатты электролит пен электродтар арасындағы интерфейсті жақсарту батареяның жұмыс істеуі үшін өте маңызды. Зерттеушілер ионды ауыстыруды жақсартатын наноқұрылымды интерфейстерді дамытады және осы критикалық түйіспелерге төзімділікті төмендетеді.

Жетілдірілген катод материалдары

Катодтың жаңа материалдары қатты электролиттерді толықтырады және энергияның тығыздығын арттырады. Литийге бай қабатталған оксидтер сияқты жоғары вольтты катодтар энергияның тығыздығын арттыру үшін зерттелуде.

Тұрақты материалдық балама

Батареялардың сұранысы өскен сайын тұрақты және мол материалдарды жасауға бағытталған бағыт бар. Зерттеушілер натрий негізіндегі қатты күйдегі батареяларды литий негізіндегі жүйелерге экологиялық таза балама ретінде зерттеп жатыр.

Қатты күйдіретін батареялардың өрісі тез дамып келеді, жаңа жаңалықтар мен жетілдірулер үнемі жарияланады. Бұл жетістіктер жалғасуда, біз жоғары энергия тығыздығы бар қатты күйдегі батареяларды, тез зарядтау қабілеттерін, тезірек зарядтау мүмкіндіктерін және жақын арада ұзақ мерзімді өмір сүре аламыз деп күтуге болады.

Қатты күйдегі батареяларда қолданылатын материалдар революциялық энергияны сақтау үшін олардың әлеуетін ашудың кілті болып табылады. Бұл батареяларды энергияның тығыздығының шекараларын итеретін жетілдірілген электролиттерден әр компонент батарея жүйесінің жалпы өнімділігі мен қауіпсіздігінде шешуші рөл атқарады.

Зерттеу прогрестері мен өндірістік әдістерді жетілдіру ретінде, біз әр түрлі қосымшаларды, тұтынушы электроникалардан электрлік электроникадан электроника және электр энергиясын үнемдеуге айналады деп болжаймыз. Қатты күйдіретін батареялардағы тұрақты жетістіктер жай ғана жетілдіруді емес; Олар біз қалай сақтайтын және пайдаланатындығымызды, тұрақты және электрлендірілген болашаққа жол ашатынымыздың түбегейлі ауысуын білдіреді.

Егер сіз туралы көбірек білгіңіз келсеҚатты күйдегі батарея жоғары қуатСақтау шешімдері немесе осы алдыңғы қатарлы материалдар сіздің жобаларыңызға қандай пайда әкелуі мүмкін екендігі туралы сұрақтарыңыз бар, біз сізден естігенді қалаймыз. Сарапшылар тобына хабарласыңызchaty@zyepower.comСіздің энергияң-қуатыңыз қажеттіліктерін талқылау және батареяның қатты мемлекеттік технологиясы сіздің салаңыздағы жаңашылдықты қалай жүргізе алатындығын зерттеңіз.

Сілтемелер

1. Джонсон, А., және Смит, Б., Б. (2023). Қатты күйдегі батареялар үшін алдыңғы қатарлы материалдар: жан-жақты шолу. Энергия сақтау материалдарының журналы, 45 (2), 112-128.

2. Ли, С., саябақ, парк, Ж. Ю., Ю., Ким, Т., Т. (2022). Келесі буын энергиясын сақтау үшін қатты электролиттер: қиындықтар мен мүмкіндіктер. Табиғат энергиясы, 7 (3), 219-231.

3. «Чанг, Х.» және Ванг, Q. (2021). Қатты күйдегі батареялар үшін жоғары энергия тығыздығы катодты материалдар. ACS Энергетикалық әріптер, 6 (4), 1689-1704.

4. Родригес, М., Чен, Л. (2023). Қатты мемлекеттік батареялардағы инфекциялық инженерия: негіздерден бастап қолданысқа енгізілді. Жетілдірілген функционалды материалдар, 33 (12), 2210087.

5. Қоңыр, Е., & Дэвис, К. Л. (2022). Қатты мемлекеттік энергияны сақтау үшін тұрақты материалдар: ағымдағы жағдай және болашақ болашақ. Жасыл химия, 24 (8), 3156-3175.