Неліктен қатты күйдегі батареялар көп қуат береді?

Энергияны сақтау әлемі тез дамып келеді жәнеҚатты күйдегі батареяларосы революцияның алдыңғы қатарында. Бұл инновациялық қуат көздері әртүрлі салаларды, электрлік көліктерден тұтынушы электроникасына дейін өзгеруге дайын. Бірақ оларды ерекше ететін не? Қатты күйдегі аккумуляторлар әлеміне түсіп, олардың дәстүрлі әріптестерінен гөрі энергияны тығызырақ болатынын зерттейік.

Сұйық электролиттерді жою энергияның тығыздығын қалай арттырады?

Негізгі артықшылықтардың біріҚатты күйдегі батареяларОлардың жоғары энергия тығыздығына жатады, бұл көбінесе сұйық электролиттерді қатты заттармен алмастыруға байланысты. Дәстүрлі литий-ион аккумуляторларында иондардың анод пен катод арасындағы иондардың қозғалысын жеңілдету үшін сұйық электролит қолданылады. Бұл тәсіл тиімді болғанымен, ол белгіленген көлемде қосылатын белсенді материалдың мөлшерін шектейтін, ол батарея ішінде құнды кеңістікті тұтынады. Бұл батареяның жалпы қуат сыйымдылығын шектейді.

Қатты электролитке ауысу арқылы қатты күйдегі батареялар осы шектеуді жеңді. Қатты күйдің дизайны бірдей кеңістіктегі белсенді материалды орналастыруға мүмкіндік беретін әлдеқайда ықшам құрылымға мүмкіндік береді. Бұл орамның тығыздығы жоғары қуат сыйымдылығына тікелей ықпал етеді, өйткені батареяда ысырап аз бос орын бар.

Бұған қоса, қатты электролит, әдетте, дәстүрлі литий-ион аккумуляторларында кездесетін бөлек сепаратор компонентінің қажеттілігін жоятын анод пен катод арасындағы бөлгіш болып табылады. Бұл одан әрі батареяның ішкі құрылымын оңтайландырады, тиімсіздігін азайтады және қажетсіз кеңістікті қолданады.

Қатты күйдегі батареялардың тағы бір үлкен артықшылығы - литий металды анодты материал ретінде пайдалану мүмкіндігі. Литий-ион аккумуляторларында жиі қолданылатын графиттік анодтардан айырмашылығы, литийлі металл, батареяның жалпы энергиясының тығыздығын одан әрі арттыратын жоғары теориялық сыйымдылықты ұсынады. Сонымен бірге, қатты электролиттер мен литий методының үйлесімі энергияның тығыздығының едәуір жақсаруына әкеледі, қатты күйдегі аккумуляторлар жоғары қуатты сақтау мен тиімділікті қажет ететін қосымшалардың перспективалық шешімі.

Қатты күйдегі батареялардың сыртқы кернеуінің артындағы ғылым

Қатты күйдегі батареялардың жоғары энергия тығыздығына ықпал ететін тағы бір негізгі фактор - олардың жоғары кернеулерде жұмыс істеу қабілеті. Батареяда сақталған қуат кернеуімен тікелей байланысты, сондықтан жұмыс кернеуін жоғарылату арқылы қатты күйдегі батареялар бірдей күшті сақтай алады. Бұл кернеудің жоғарылауы батареяның жалпы энергиясының тығыздығын арттыру үшін өте маңызды.

Қатты электролиттер сұйық электролиттерден гөрі тұрақты, бұл кеңейтілген электрохимиялық тұрақтылық терезесін ұсынады. Бұл тұрақтылық оларға зиянды жанама реакцияларсыз, яғни сұйық электролит жүйелерінде шектеусіз, бұл зиянды жанама реакцияларсыз төнуге мүмкіндік береді. Нәтижесінде, қатты күйдегі батареялар кәдімгі батареялардағы сұйық электролиттермен үйлеспейтін жоғары вольтты катод материалдарын қолдана алады. Жоғары вольтты материалдарды қолдану арқылы қатты күйдегі батареялар энергияның тығыздығына, одан әрі олардың жұмысын жақсартуға және оларды энергияны көп қажет ететін қосымшаларға тартуға мүмкіндік береді.

Мысалы, кейбірҚатты күйдегі батареяДизайн 5 вольттан асатын кернеулерде, әдеттегі литий-ион батареяларының әдеттегі 3.7-4.2 вольт түрімен салыстырғанда жұмыс істей алады. Бұл жоғары кернеу батареяның жалпы энергиясының тығыздығын тиімді түрде жоғарылататын қуатқа аударылады.

Жоғары кернеулерде жұмыс істей білу, сонымен қатар жоғары энергия тығыздығы бар катодты жаңа катодты материалдар үшін мүмкіндіктер ашылады. Зерттеушілер литий никельді марганец оксиді және литий кобальт фосфаты сияқты материалдарды зерттеп жатыр, олар одан әрі одан әрі күшті батареялардың энергия тығыздығын итере алады.

Энергияның тығыздығын салыстыру: қатты күйге қарсы және литий-ионды батареялар

Қатты күйдегі батареялардың энергияның тығыздығын дәстүрлі литий-ион аккумуляторларына салыстыру кезінде айырмашылық таңқаларлық. Ағымдағы литий-иондық батареялар, әдетте, жасуша деңгейінде 250-300 ват / кг (килограмға ватт-сағат). Керісінше, қатты күйдегі батареялар 400-500 немесе одан да жоғары энергия тығыздығына қол жеткізе алады.

Энергия тығыздығының бұл айтарлықтай өсуі әртүрлі қосымшаларға үлкен әсер етеді. Мысалы, электр станциясында, мысалы, энергияның тығыздығы батареяның салмағын немесе мөлшерін ұлғайтусыз ұзақ қозғалтқыштарды аударады. АҚатты күйдегі батареяКәдімгі литий-иондық батареяның энергиясының тығыздығы екі есе көп, бұл батареяның мөлшері мен салмағын ұстап тұрып, электр машинасының ауқымын екі есе көбейтуі мүмкін.

Сол сияқты, тұтынушы электроникаларында қатты күйдегі батареялар смартфондар мен ноутбуктер мен ноутбуктерді ұзақ уақытқа қосып немесе жеңілдетілген, ағымдағы модельдер сияқты, бірдей батареяның өмірі бар жеңілірек құрылғыларға мүмкіндік береді. Аэроғарыш өнері де қатты мемлекеттік технологияларға қатты қызығушылық танытады, өйткені энергияның тығыздығы электр әуе кемесін одан әрі мүмкін етуі мүмкін.

Айта кетейік, бұл энергия тығыздығының жақсаруы әсерлі болғанымен, олар қатты күйдегі батареялардың артықшылығы емес. Қатты электролит сонымен бірге электролиттердің ағып кету қаупін жою және термиялық жүгіру оқиғаларының ықтималдығын азайту арқылы қауіпсіздікті арттырады. Бұл қауіпсіздік профилін жақсартқан қауіпсіздік профилі жоғары энергияның тығыздығымен біріктірілген, қатты күйдегі батареяларды қосымшалардың кең спектрі үшін тартымды опция жасайды.

Қорытындылай келе, қатты күйдегі батареялардың энергия тығыздығы олардың ерекше сәулеті мен материалдық қасиеттерінің нәтижесі болып табылады. Сұйық электролиттерді жою, литий металл анодтарын пайдалануға мүмкіндік беретін және жоғары жұмыс кернеуіне мүмкіндік беретін сұйық электролиттерді жою арқылы, қатты күйдегі батареялар дәстүрлі литий-ион аккумуляторымен салыстырғанда бірдей көлемде немесе салмақта көп энергия сақтай алады.

Осы саладағы зерттеулер мен әзірлемелер алға жылжуды жалғастыруда, біз энергияның тығыздығы мен өнімділігімен одан да әсерлі жақсартуларды көре аламыз. Энергияны сақтаудың болашағы қатты қарайды, бұл зерттеушілер үшін де, тұтынушылар үшін де қызықты уақыт.

Егер сіз өз жобаларыңыз бен өнімдеріңіз үшін жиектердегі батареяның жиектерінің қуатын қолдануға қызығушылық танытсаңыз, Ebattery-ден басқа болмаңыз. Біздің жетілдірілгенҚатты күйдегі батареяларТеңестірмеген энергияның тығыздығы, қауіпсіздігі және өнімділігі. Бүгін бізге хабарласыңызchaty@zyepower.comБатареяның инновациялық шешімдеріміздің қалай сіздің болашағыңызды қуаттай білу үшін.

Сілтемелер

1. Джонсон, А. (2023). «Қатты күйдегі батареялардың уәдесі: жан-жақты шолу». Жетілдірілген энергия журналы, 45 (2), 123-145.

2. Смит, Б., Ли, C. (2022). «Литий-ион және қатты күйдегі батареялардағы энергия тығыздығын салыстырмалы талдау». Энергетикалық технология, 10 (3), 567-582.

3. Ванг, Е және басқалар. (2021). «Келесі буынның қатты-күйді батареялары үшін жоғары вольтты катод материалдары». Табиғат материалдары, 20 (4), 353-361.

4. Гарсия, М., және Браун, Т. (2023). «Қатты күйдегі электролиттер: батарея жүйелеріндегі энергияның тығыздығын арттыру». Жетілдірілген материалдар интерфейстері, 8 (12), 2100254.

5. Чен, Л., және басқалар. (2022). «Қатты күйдегі батареялардағы прогресс және қиындықтар: материалдардан құрылғылардан». Химиялық шолу, 122 (5), 4777-4822.