Қатты күйдегі жасушалардағы анодтық материалдар: литий металл, кремний
Анод - кез-келген батареяда шешуші компонент, және қатты күйдегі жасушалар да ерекшелік емес. Екі негізгі материал қатты мемлекеттік батарея анодтарында қолдануға көп көңіл бөлді: литий металл және кремний.
Литий металл анодтары: Қасиетті энергияның тығыздығы
Литий металл анодтары бұрын-соңды-бірдей теориялық сыйымдылығына байланысты батарея технологиясының түпкі мақсаты болып саналды. 3860 МАХ / G / G / G / литий методының белгілі бір сыйымдылығымен литий-ион аккумуляторларында қолданылатын дәстүрлі графит анодтарынан он есе көп энергия сақтай алады.
Литий металл анодтарын қолдануҚатты күйдегі батарея ұяшықтарыБірнеше артықшылықтарды ұсынады:
- энергияның тығыздығының жоғарылауы
- Батареяның салмағы мен көлемінің төмендеуі
- Цикл өмірінің жетілдірілген әлеуеті
Алайда, литий металл анодтарында сонымен қатар дендриттердің қалыптасуы және қауіпсіздіктің ықтимал мәселелері сияқты қиындықтар туындады. Бұл кедергілер кәдімгі сұйық электролитті аккумуляторларда литий методының кеңінен таралған кедергілері болды.
Кремний анодтары: перспективалы балама
Кремний анодтары қатты күйдегі жасушалардағы литий металына салынған балама ретінде пайда болды. Теориялық сыйымдылығы 4200 МАХ / G / G, кремний графигін анодтардың үстінен литий металымен салыстырғанда аз қамқорлыққа қатысты айтарлықтай жақсарады.
Қатты күйдегі батареялардағы кремний анодтарының артықшылықтары мыналарды қамтиды:
- жоғары энергияның тығыздығы (литий металлдан төмен)
- қауіпсіздіктің жетілдірілген профилі
- кремнийдің көптігі және арзан бағасы
Кремний анодтарымен негізгі міндет - бұл зарядтау және ағызу кезінде келісім-шарт, олар механикалық күйзеліске және уақыт өте келе батареяның деградациясына әкелуі мүмкін. Алайда, қатты күйдегі жасушалардағы қатты электролит осы мәселелерді анод пен электролит арасында тұрақты интерфейсті ұсыну арқылы азайтуға көмектеседі.
Қалай қатты күйдегі жасушалар дендрит түзілуіне жол бермейді?
Қатты күйдегі батареялардың ең маңызды артықшылықтарының бірі - олардың дендритті қалыптасуын болдырмауға немесе айтарлықтай азайтуға, сұйық электролиттермен дәстүрлі литий-ион аккумуляторларында жалпы мәселе болып табылады.
Дендрит дилемма
Дендраттар - бұл анод тәрізді құрылымдар, олар анод бетіне, әсіресе, литий методын қолданған кезде пайда болады. Бұл құрылымдар электролит арқылы өсуі мүмкін, ықтимал қысқа тізбектер мен қауіпсіздік қауіптері. Сұйық электролитті батареяларда, дендрит түзілуі - бұл литий металы сияқты сыйымдылығы жоғары анодтық материалдарды қолдануды шектейтін үлкен алаңдаушылық.
Қатты электролиттік тосқауыл
Қатты күйдегі жасушалар қатты электролитті қолдану арқылы дендрит мәселесін шешеді. Бұл қатты тосқауыл денрит өсуіне жол бермеу немесе жұмсартудың бірнеше тетіктерін ұсынады:
Механикалық тұрақтылық: қатты электролиттің қатты құрылымы денендрит өсуіне кедергі келтіреді.
Бірыңғай ион үлестіргі: қатты электролиттер де литий ионын таратуға ықпал етеді, бұл дендритті нуклеацияға әкелуі мүмкін жоғары токтың тығыздығының локализацияланған учаскелерін азайтады.
Тұрақты интерфейс: анод пен электролит арасындағы қатты интерфейс сұйық-қатты интерфейстерден гөрі тұрақты, дендриттердің пайда болу ықтималдығын азайтады.
Жетілдірілген қатты электролит материалдары
Зерттеушілер динритке төзімділікті одан әрі жақсарту үшін жаңа қатты электролит материалдарын үнемі дамытады. Кейбір перспективалы үміткерлерге:
- Керамикалық электролиттер (E.G, LLZO - LI0LA3ZR2O12)
- Күкірт негізіндегі электролиттер (мысалы, LI10GEPEP2S12)
- Полимерлі электролиттер
Бұл материалдар оңтайлы иондық өткізгіштікті қамтамасыз ету үшін инженерлік болып жатыр, бұл дендриттердің пайда болуын болдырмау үшін механикалық және химиялық тұрақтылықты сақтау кезінде.
Қатты күйдегі жасушалардағы катодты үйлесімділік мәселелері
Анодқа және электролитке көп көңіл бөлінедіҚатты күйдегі батарея ұяшықтары, Катод батареяның жалпы өнімділігін анықтауда бірдей шешуші рөл атқарады. Дегенмен, жоғары сапалы катодтарды қатты электролиттермен біріктіру бірегей қиындықтарды ұсынады.
Инфекциялық тұрақтылық
Қатты күйдегі жасушалардағы негізгі мәселелердің бірі катод пен қатты электролит арасындағы жоғары инфсакциялық тұрақтылық болып табылады. Бұл қарсылық аккумулятордың қуат шығуына және жалпы тиімділігіне айтарлықтай әсер етуі мүмкін. Бұл интерфейсалдық тұрақтылыққа бірнеше факторлар ықпал етеді:
Механикалық байланыс: катод бөлшектері мен қатты электролит арасында жақсы физикалық байланыстыруды қамтамасыз ету және қатты электролит тиімді ионды ауыстыру үшін өте маңызды.
Химиялық тұрақтылық: катодтың кейбір материалдары интерфейстегі резистивті қабаттарды қалыптастыратын қатты электролитпен реакциясы болуы мүмкін.
Құрылымдық өзгерістер: велоспорт кезінде катодтағы өзгерістер электролитпен байланыстың жоғалуына әкелуі мүмкін.
Катодтың үйлесімділігін жақсарту стратегиялары
Зерттеушілер мен инженерлер қатты мемлекеттік жасушаларда катод үйлесімділігін арттырудың әртүрлі тәсілдерін зерттеуде:
Катодтың жабындары: Жұқа қорғаныс жабындарын катод бөлшектеріне қолдану химиялық тұрақтылық пен берік электролитпен олардың химиялық тұрақтылығы мен интерфейсін жақсарта алады.
Композициялық катодтар: Катод материалдарын қатты электролит бөлшектері қосылған араластыру интеграцияланған және тиімді интерфейсті жасай алады.
NOMEL катодты материалдар: қатты күйдегі жасушалар үшін арнайы жасалған катодты жаңа материалдарды әзірлеу, үйлесімділік мәселелерін жерден көтере алады.
Интерфейс инженері: ионды ауыстыруды оңтайландыру және кедергіні азайту үшін катод-электролиттік интерфейсті атом деңгейіне тігу.
Тепе-теңдік өнімділігі мен үйлесімділігі
Қиындық - бұл қатты электролиттермен жақсы үйлесімділікті қамтамасыз ету кезінде жоғары энергия тығыздығы мен ұзақ цикл өмірін ұсынатын катодты материалдар мен дизайнды табуда жатыр. Бұл көбінесе әр түрлі көрсеткіштер арасындағы сауда-саттықты қамтиды, ал зерттеушілер оңтайлы жасау үшін осы факторларды мұқият теңестіруі керекҚатты күйдегі батарея ұяшықтары.
Қатты күйдегі батареяларға арналған кейбір перспективалы катод материалдарына мыналар жатады:
- Никель-бай ҰМС (LinixmnyCozo2)
- жоғары вольтты спинельдік материалдар (E.G., Lini0.5mn1.5o4)
- күкірт негізіндегі катодтар
Бұл материалдардың әрқайсысы қатты мемлекеттік жасушаларға интеграцияланған кезде бірегей артықшылықтар мен қиындықтарды ұсынады, ал жүргізіліп жатқан зерттеулер олардың жұмысы мен үйлесімділігін оңтайландыруға бағытталған.
Қорытынды
Қатты күйдегі батарея ұяшықтарының дамуы энергия сақтау технологиясында алға жылжуды білдіреді. Анодтық материалдар, дендрит түзілдіру және катод үйлесімділігі, зерттеушілер мен инженерлердегі негізгі мәселелерге жүгіну арқылы, қауіпсіз, тиімдірек және сыйымдылығы жоғары батареялар.
Бұл технология дамып келе жатқанда, біз қатты мемлекеттік батареяларды әр түрлі қосымшаларда, электромобильдерден бастап электромобильдерден торлы энергия сақтауға дейін ойнайтынын көреміз деп күтуге болады. Осы озық жасушалардың ықтимал артықшылықтары оларды энергия сақтау қажеттіліктеріміздің өсуіне перспективалы шешім қабылдайды.
Егер сіз батарея технологиясының алдыңғы қатарында болсаңыз, оны зерттеңіз, кесу жиілігін зерттеуді қарастырыңызҚатты күйдегі батарея ұяшығыЭбттерия ұсынған шешімдер. Біздің сарапшылар тобымыз сіздің қажеттіліктеріңізге сәйкес келетін заманауи энергияны сақтау шешімдерін әзірлеуге және шығаруға арналған. Қатты мемлекеттік батареяның технологиясы сіздің жобаларыңызға қандай пайда табу туралы көбірек білу үшін бізге хабарласыңызchaty@zyepower.com.
Сілтемелер
1. Чжан, Х., және басқалар. (2022). «Қатты күйдегі батареялар: материалдар, дизайн және интерфейстер». Химиялық шолулар.
2. Жанек, Ж., Zeier, W. G. (2021). «Батареяны игеру үшін берік болашақ». Табиғат энергиясы.
3. Манхирам, А., және басқалар. (2020). «Литий-күкірт батареялары: прогресс және перспективалар». Жетілдірілген материалдар.
4. XU, L. және al. (2023). «Қатты күйдегі литийлі батареялардағы интерфейс инженері». Жетілдірілген энергетикалық материалдар.
5. Рандау, С. және басқалар. (2021). «Барлық қатты-мемлекеттік литий батареяларының салыстыруы». Табиғат энергиясы.
