Неліктен қатты күйдегі жасушалар уақыт өте келе тозады?

Қатты күйдегі батареялар дәстүрлі литий-ион аккумуляторларына қатысты ықтимал артықшылықтарды ұсынатын энергия сақтау әлемінде перспективалы технология ретінде пайда болды. Алайда, барлық аккумулятор технологиялары сияқты,Қатты күйдегі батарея ұяшықтарыуақыт өте келе тозуға қарсы емес. Бұл мақалада біз қатты мемлекеттік жасуша деградациясының себептерін зерттейміз және олардың өмір сүру ұзақтығын кеңейту үшін ықтимал шешімдерді зерттейміз.

Электрод-электролит интерфейсі: деградацияның негізгі себебі?

Электрод пен электролит арасындағы интерфейс қойылымда шешуші рөл атқарады және қатты күйдегі жасушалардың ұзақ өмір сүруінде маңызды рөл атқарады. Бұл интерфейс батареяның электрхимиялық реакциялары орналасқан жерде, ал бұл жерде көптеген деградация механизмдері басталады.

Интерфейстегі химиялық тұрақсыздық

Деградацияның негізгі себептерінің біріҚатты күйдегі батарея ұяшықтарыэлектрод-электролит интерфейсіндегі химиялық тұрақсыздық. Уақыт өте келе, электродтық материалдар мен қатты электролит арасында қажетсіз реакциялар пайда болуы мүмкін, олар резистивті қабаттардың пайда болуына әкеледі. Бұл қабаттар иондардың қозғалысына кедергі келтіреді, жасушаның сыйымдылығы мен өнімділігін төмендетеді.

Механикалық стресс және деламинация

Деградацияға ықпал ететін тағы бір маңызды фактор - интерфейстегі механикалық кернеу. Зарядтау және түсіру кезінде циклдар кезінде электродтық материалдар кеңейіп, келісімшарт жасайды, ол деламинацияға әкелуі мүмкін - электродты электролиттен бөлу. Бұл бөліну иондар өткiздейтін, аккумулятордың белсенді аймағын тиімді түрде азайтып, оның сыйымдылығын азайтады.

Бір қызығы, бұл мәселелер қатты мемлекеттік жасушалар үшін ерекше емес. Батареяның дәстүрлі дизайнында да, интерфейсінің нашарлауы маңызды мәселе болып табылады. Алайда, қатты электролиттердің қатты табиғаты осы проблемаларды қатты мемлекеттік жасушаларда ушықтыра алады.

Литий дендриттері қатты мемлекеттік ұяшықтардың өмірін қалай қысқартады

Литий дендриттері - қатты күйдегі жасушалардың деградациясындағы тағы бір үлкен кінә. Литий металының бұл тармақталған құрылымдары зарядтау кезінде, әсіресе жоғары мөлшерде немесе төмен температурада қалыптасады.

Литий дендриттерінің пайда болуы

ҚашанҚатты күйдегі батарея ұяшығы зарядталған, литий иондары катодтан анодқа ауысады. Мінсіз сценарийде бұл иондар анод бетіне біркелкі таратылады. Алайда, іс жүзінде анодтың кейбір аймақтарын басқаларға қарағанда көбірек иондар алуы мүмкін, олар литий металының біркелкі емес түрлендірілуіне әкелуі мүмкін.

Уақыт өте келе, бұл біркелкі емес депозиттер дендриттерге - анодтан катодқа дейін созылатын ағаш тәрізді құрылымдар болып өсуі мүмкін. Егер дендрит қатты электролит арқылы еніп, катодқа жетсе, ол қысқа тұйықталуға әкелуі мүмкін, бұл батареяның істен шығуы немесе тіпті қауіпсіздік қауіптеріне әкелуі мүмкін.

Батареяның жұмысына әсер ету

Егер дендриттер апатты қысқа тұйықталмаса да, олар батареяның жұмысына айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Диндриялар өскен сайын, олар оның жалпы сыйымдылығын азайтып, жасушадан белсенді литий тұтынады. Сонымен қатар, дендриттердің өсуі қатты электролитке механикалық кернеу жасай алады, олар жарықтарға немесе басқа зақымдарға әкелуі мүмкін.

Айта кетейік, дендриттердің пайда болуы барлық литий негізіндегі батареяларда, соның ішінде барлық литий негізіндегі батареяларда алаңдаушылық тудырады, оның ішінде дәстүрлі аккумулятор дизайны, бастапқыда қатты электролиттер дендрит өсуіне төзімді болады деп ойлады. Алайда, зерттеулер көрсеткендей, дендриттер әр түрлі механизмдер арқылы болса да, қатты күйдегі жасушаларда қалыптаса және өсуі мүмкін екенін көрсетті.

Қабаттар қатты күйдегі ұяшықтың жұмысына жол бермейді ме?

Зерттеушілер қатты күйдегі жасушалардағы деградация мәселелерін жеңу үшін жұмыс істейтіндіктен, перспективалық тәсіл электродтарда немесе электролитке қорғаныс жабындарын қолдануды қамтиды.

Қорғаныс жабындарының түрлері

Қатты күйдегі жасушаларда қолдануға арналған түрлі жабындар зерттелген. Оларға мыналар кіреді:

Керамикалық жабындар: Олар электрод-электролиттер интерфейсінің тұрақтылығын жақсартуға көмектеседі.

Полимердің жабындары: Олар велоспорт кезінде көлемді өзгертулерді қабылдауға көмектесетін электрод пен электролит арасында икемді буферлік қабат бере алады.

Композиттік жабындар: Бұл әртүрлі материалдарды әр түрлі материалдарды біріктіреді, мысалы, иондық өткізгіштік және механикалық тұрақтылық.

Қорғаныс жабындарының пайдасы

Қорғаныс жабындары жұмсартуда бірнеше артықшылықтар ұсына аладыҚатты күйдегі батарея ұяшығы Дегадация:

Жақсартылған интерфейс тұрақтылығы: жабындар электронды және электролит арасында тұрақты интерфейсті жасай алады, қалаусыз жанама реакцияларды азайтады.

Жақсартылған механикалық қасиеттері: Кейбір жабықтар велоспорт кезінде электродтардағы өзгерістерді қабылдауға көмектеседі, велоспорт кезінде, механикалық кернеу мен деламинацияны азайту.

Dendrite-ді басу: белгілі бір жабындар Dendrite өсуін болдырмауға немесе қайта бағыттауға, батареяның қызмет ету мерзімін ұзартуға немесе қауіпсіздікті жақсартуға уәде берді.

Жабулар уәде көрсеткен кезде, олар күміс оқ емес екенін атап өткен жөн. Қаптың тиімділігі көптеген факторларға, оның құрамына, қалыңдығына және оны қорғауға арналған беттерге қаншалықты байланысты. Сонымен қатар, жабындар қосу өндірістік процеске қосымша күрделілік пен ықтимал шығындарды енгізеді.

Жаптау технологиясының болашақ бағыттары

Қатты күйдегі жасушалар үшін қорғаныс жабындыларын зерттеу жалғасуда, ғалымдар өздерінің тиімділігін арттыру үшін жаңа материалдар мен әдістерді зерттейді. Фокустың кейбір бағыттары:

Өздігінен емдейтін жабындар: Олар батареямен жұмыс кезінде пайда болатын шағын жарықтарды немесе ақауларды ықтимал түрде қалпына келтіруі мүмкін.

Көп функциялы жабындар: Олар бірнеше мақсаттарға қызмет ете алады, мысалы, механикалық тұрақтылық және иондық өткізгіштікті жақсарту.

Наноқұрылымды жабындар: Олар жоғары бетінің ауданы мен ерекше физикалық сипаттамаларына байланысты жақсартылған қасиеттерді қамтамасыз ете алады.

Қауым технологиялары алға жылжу ретінде, олар өмір сүру ұзақтығын кеңейтуде және қатты күйдегі жасушалардың жұмысын жақсартуда маңызды рөл атқара алады және осы перспективалық аккумулятор технологиясын кеңінен коммерциялық асырап алуға жақындай алады.

Қорытынды

ДеградацияҚатты күйдегі батарея ұяшықтарыУақыт өте келе, интерфейс тұрақсыздықтан, дендриттердің пайда болуына дейінгі бірнеше механизмдерге қатысты күрделі мәселе. Бұл қиындықтар айтарлықтай, ал дамып келе жатқан зерттеулер мен даму әрекеттері оларды шешуде тұрақты дамуда.

Біз көргендей, қорғаныс жабындары деградацияны азайтудың перспективалық тәсілін ұсынады, бірақ олар жұмбақтың бір бөлігі болып табылады. Жақсартылған электролит материалдары, роман электродтық дизайны және өндірістік әдістер сияқты басқа стратегиялар да зерттелуде.

Ұзақ уақытқа созылған, жоғары сапалы қатты күйдегі батареяларға саяхат жалғасуда, ал әрбір алға жылжу бізді өздерінің әлеуетін іске асыруға жақындатады. Бұл технология дамып келе жатқандықтан, электромобильдерден электромобильдерден бастап электромобильдерден бастап тор-масштабты сақтауға дейін энергия сақтауды төңкеріс жасау мүмкіндігі бар.

Егер сіз аккумулятор технологиясының алдыңғы қатарында болсаңыз, эбттерия ұсынған инновациялық шешімдерді зерттеуді қарастырыңыз. Біздің команда энергия сақтау саласында мүмкін болатын нәрселерді итеруге дайын. Біздің өнімдеріміз бен қызметтеріміз туралы қосымша ақпарат алу үшін, бізбен хабарласудан тартынбаңызchaty@zyepower.com.

Сілтемелер

1. Смит, Ж. және al. (2022). «Қатты күйдегі батареялардағы деградация механизмдері: жан-жақты шолу». Энергияны сақтау журналы, 45, 103-115.

2. Джонсон, А. және Ли, К. (2021). «Тұрақты қатты күйдегі жасушалар үшін интерфейс инженериясы». Табиғат материалдары, 20 (7), 891-901.

3. Чжан, Е.Т. (2023). «Қатты электролиттердегі дендрит өсімі: қиындықтар және азайту стратегиясы». Жетілдірілген энергетикалық материалдар, 13 (5), 2202356.

4. Қоңыр, Р. және Гарсия, М. (2022). «Батареяның қатты күйдегі электродтары үшін қорғаныс жабындары: қазіргі жағдайы және болашақ болашақ». Қолданылған материалдар мен интерфейстер, 14 (18), 20789-2080.

5. Лю, Х.Т. (2023). «Батареяның қатты мемлекеттік батареясындағы соңғы жетістіктер: материалдардан өндіріске дейін». Энергетика және экологиялық ғылым, 16 (4), 1289-1320.