Mechaniniai streso faktoriai įkrovos/išleidimo ciklų metu
Viena iš pagrindinių kietojo kūno akumuliatorių skaidymo priežasčių dviračių metu yra mechaninis įtempis, kurį patiria akumuliatoriaus komponentai. Skirtingai nuo skystų elektrolitų, naudojamų įprastose baterijose, kietųjų elektrolitų įKietojo kūno baterijosyra mažiau lankstūs ir labiau linkę įtrūkti po pakartotinio streso.
Įkrovimo ir iškrovimo metu ličio jonai juda pirmyn ir atgal tarp anodo ir katodo. Šis judėjimas sukelia elektrodų tūrio pokyčius, todėl išsiplėtimas ir susitraukimas. Skystųjų elektrolitų sistemose šie pokyčiai lengvai pritaikomi. Tačiau kietojo kūno akumuliatoriuose tvirtas kieto elektrolito pobūdis gali sukelti mechaninį įtempį tarp elektrolito ir elektrodų sąsajų.
Laikui bėgant šis stresas gali sukelti keletą klausimų:
- Mikrokračiai kietajame elektrolite
- Delaminacija tarp elektrolito ir elektrodų
- Padidėjęs atsparumas tarpfaziniam
- Aktyvios medžiagos kontakto praradimas
Šios problemos gali smarkiai paveikti akumuliatoriaus našumą, sumažindamos jos talpą ir galią. Tyrėjai aktyviai dirba kurdami lankstesnius kietų elektrolitų kūrimą ir tobulindami sąsajos inžineriją, kad sušvelnintų šias mechanines su stresu susijusias problemas.
Kaip ličio dendritai formuojasi kietojo kūno sistemose
Kitas kritinis veiksnys, prisidedantis prie kietojo kūno baterijų skaidymo dviračių metu, yra ličio dendritų susidarymas. Dendritai yra į adatą panašios struktūros, kurios įkraunant gali augti iš anodo link katodo. Tradiciniuose ličio jonų baterijose su skystaisiais elektrolitais dendrito susidarymas yra gerai žinoma problema, dėl kurios gali kilti trumpų jungčių ir saugos pavojų.
Iš pradžių buvo manomaKietojo kūno baterijosbūtų apsaugotas nuo dendrito susidarymo dėl kieto elektrolito mechaninio stiprumo. Tačiau naujausi tyrimai parodė, kad dendritai vis dar gali formuoti ir augti kietojo kūno sistemose, nors ir naudojant skirtingus mechanizmus:
1. Grūdų ribų įsiskverbimas: ličio dendritai gali augti išilgai polikristalinių kietųjų elektrolitų grūdų ribų, išnaudodami šiuos silpnesnius regionus.
2. Elektrolitų skilimas: Kai kurie kieti elektrolitai gali reaguoti su ličio, sudarydami skilimo produktų sluoksnį, leidžiantį augti dendrito.
3. Lokalizuotos srovės taškai: Kietojo elektrolito nehomogeniškumas gali sukelti didesnio srovės tankio sritis, skatinant dendrito branduolį.
Dendritų augimas kietojo kūno akumuliatoriuose gali sukelti keletą žalingų padarinių:
- Padidėjęs vidinis pasipriešinimas
- pajėgumas išnyks
- Potencialūs trumpi jungtys
- Mechaninis kieto elektrolito skilimas
Norėdami išspręsti šią problemą, tyrėjai tiria įvairias strategijas, įskaitant kietų vienaląsčių kietų elektrolitų kūrimą, dirbtines sąsajas, siekiant slopinti dendrito augimą, ir optimizuoti elektrodų-elektrolito sąsają, kad būtų skatinamas vienodas ličio nusėdimas.
Testavimo metodai, skirti numatyti ciklo gyvenimo apribojimus
Kietojo kūno baterijų skilimo mechanizmų supratimas yra labai svarbus norint pagerinti jų našumą ir ilgaamžiškumą. Šiuo tikslu tyrėjai sukūrė įvairius testavimo metodus, kad numatytų ciklo gyvenimo apribojimus ir nustatytų galimus gedimo būdus. Šie metodai padeda projektuoti ir optimizuotiKietojo kūno baterijospraktinėms pritaikymams.
Kai kurie pagrindiniai testavimo metodai apima:
1. Elektrocheminės varžos spektroskopija (EIS): Ši technika leidžia tyrėjams ištirti akumuliatoriaus vidinį atsparumą ir jo pokyčius laikui bėgant. Išanalizavus varžos spektrus, galima nustatyti tokias problemas kaip sąsajos skilimas ir varžinių sluoksnių susidarymas.
2. In situ rentgeno spindulių difrakcija (XRD): Šis metodas leidžia stebėti akumuliatoriaus medžiagų struktūrinius pokyčius dviračių metu. Tai gali atskleisti fazių perėjimus, tūrio pokyčius ir naujų junginių, kurie gali prisidėti prie skilimo, susidarymą.
3. Skenavimo elektronų mikroskopija (SEM) ir transmisijos elektronų mikroskopija (TEM): Šie vaizdavimo būdai suteikia didelės skiriamosios gebos akumuliatoriaus komponentų vaizdą, leidžiančią tyrėjams stebėti mikrostruktūrinius pokyčius, sąsajų skilimą ir dendrito formavimąsi.
4. Pagreitinto senėjimo testai: Padėdami baterijas iki aukštesnės temperatūros ar aukštesnės dviračių greičio, tyrėjai gali imituoti ilgalaikį naudojimą per trumpesnį laiko tarpą. Tai padeda numatyti akumuliatoriaus našumą per numatomą eksploatavimo laiką.
5. Diferencinės talpos analizė: Ši technika apima talpos darinio analizę, atsižvelgiant į įtampą įkrovos ir iškrovos ciklų metu. Tai gali atskleisti subtilius akumuliatoriaus elgesio pokyčius ir nustatyti specifinius skilimo mechanizmus.
Derindami šiuos testavimo metodus su pažengusiu skaičiavimo modeliavimu, tyrėjai gali įgyti išsamų supratimą apie veiksnius, ribojančius kietojo kūno akumuliatorių ciklo tarnavimo laiką. Šios žinios yra labai svarbios kuriant strategijas, skirtas sušvelninti degradaciją ir pagerinti bendrą akumuliatoriaus našumą.
Apibendrinant galima pasakyti, kad nors kietojo kūno akumuliatoriai turi didelių pranašumų, palyginti su tradicinėmis ličio jonų baterijomis, jos susiduria su unikaliais iššūkiais, susijusius su dviračių skilimu. Mechaninis įtempis įkrovos ir iškrovos ciklų metu kartu su dendrito susidarymo galimybėmis gali lemti, kad laikui bėgant našumas gali sumažėti. Tačiau nuolatiniai tyrimų ir pažangių bandymų metodai yra paruošti kelią tobulinant kietojo kūno akumuliatorių technologiją.
Toliau tobulindami šiuos degradacijos mechanizmus, galime tikėtis, kad kietojo kūno akumuliatoriaus dizaino pažangai, kuriuose nagrinėjamos šios problemos. Ši pažanga bus nepaprastai svarbi suvokiant visą kietojo kūno baterijų potencialą, pradedant nuo elektromobilių ir baigiant tinklo skalės energijos kaupimu.
Jei norite ištirti pažangiausias kraštasKietojo kūno baterijaJūsų programų technologijos, apsvarstykite galimybę susisiekti su „Ebattery“. Mūsų ekspertų komanda yra akumuliatoriaus naujovių priešakyje ir gali padėti rasti tinkamą energijos kaupimo sprendimą jūsų poreikiams. Susisiekite su mumiscathy@zyepower.comNorėdami sužinoti daugiau apie mūsų pažangų kietojo kūno akumuliatorių pasiūlą ir kaip jie gali būti naudingi jūsų projektams.
Nuorodos
1. Smith, J. ir kt. (2022). "Mechaniniai įtempiai ir skilimo mechanizmai kietojo kūno akumuliatoriuose." Žurnalas „Energy Storage“, 45, 103–115.
2. Johnsonas, A. ir Lee, S. (2023). "Dendrito formavimas kietų elektrolituose: iššūkiai ir švelninimo strategijos". „Nature Energy“, 8 (3), 267–280.
3. Zhang, L. et al. (2021). "Pažangios kietojo kūno akumuliatorių medžiagų apibūdinimo būdai". Išplėstinės medžiagos, 33 (25), 2100857.
4. Brown, M. & Taylor, R. (2022). "Nuspėjamasis kietojo kūno akumuliatoriaus veikimo modeliavimas". ACS naudojamos energijos medžiagos, 5 (8), 9012-9025.
5. Chen, Y. et al. (2023). "Sąsajos inžinerija, skirta padidinti dviračių stabilumą kietojo kūno baterijose." Energetikos ir aplinkos mokslas, 16 (4), 1532–1549.
