Kokios pažengusios medžiagos keičia kietojo kūno ląsteles?
Aukštesnių kietojo kūno baterijų ieškojimas paskatino tyrėjus ištirti įvairius pažangias medžiagas. Šie nauji junginiai ir kompozicijos peržengia energijos kaupimo technologijos ribas.
Sulfido pagrindu pagaminti elektrolitai: šuolis į priekį joniniu laidumu
Tarp perspektyviausių medžiagųkietojo kūno akumuliatoriaus elementasKonstrukcija yra sulfido pagrindu pagaminti elektrolitai. Šie junginiai, tokie kaip LI10GEP2S12 (LGP), sulaukė didelio dėmesio dėl išskirtinio joninio laidumo kambario temperatūroje. Ši savybė leidžia greičiau įkrauti ir iškrauti greičius, atkreipiant dėmesį į vieną iš pagrindinių tradicinių ličio jonų baterijų apribojimų.
Sulfido elektrolitai taip pat pasižymi palankiomis mechaninėmis savybėmis, leidžiančiomis geriau kontaktuoti tarp elektrolito ir elektrodų. Ši patobulinta sąsaja sumažina vidinį pasipriešinimą ir padidina bendrą ląstelių našumą. Tačiau iššūkiai išlieka atsižvelgiant į jų jautrumą drėgmei ir orui, todėl reikia kruopštaus gamybos ir kapsuliavimo procesų.
Oksido pagrindu pagaminti elektrolitai: stabilumo ir našumo balansavimas
Oksido pagrindu pagaminti elektrolitai, tokie kaip LLZO (LI7LA3ZR2O12), siūlo intriguojančią alternatyvą sulfido pagrindu pagamintoms medžiagoms. Nors oksido elektrolitai paprastai pasižymi mažesniu joniniu laidumu, jis gali pasigirti aukštesniu cheminiu ir elektrocheminiu stabilumu. Šis stabilumas reiškia ilgesnį ciklo tarnavimo laiką ir patobulintos saugos charakteristikos, todėl jos yra ypač patrauklios plataus masto programoms, tokioms kaip elektrinės transporto priemonės.
Naujausi oksido elektrolitų dopingo ir nanostruktūrizavimo pažanga lėmė jų joninio laidumo pagerėjimą. Pavyzdžiui, Aliuminume esantis LLZO parodė perspektyvius rezultatus, artėjant prie skystų elektrolitų laidumo lygio, išlaikant būdingus kietojo kūno konstrukcijų saugos pranašumus.
Keraminiai ir polimerų elektrolitai: kas veikia geriau?
Keraminių ir polimerų elektrolitų diskusijos vyksta kietojo kūno akumuliatorių technologijoje, kiekviena siūlo unikalius pranašumus ir iššūkius. Norint nustatyti jų tinkamumą skirtingoms reikmėms, labai svarbu suprasti šių medžiagų savybes.
Keraminiai elektrolitai: didelis laidumas, bet trapus
Keraminiai elektrolitai, įskaitant minėtus sulfido ir oksido pagrindu pagamintas medžiagas, paprastai pasižymi didesniu joniniu laidumu, palyginti su jų polimerais. Tai reiškia greitesnį įkrovimo laiką ir didesnę galią, todėl jie yra idealūs programoms, kurioms reikia greito energijos perdavimo.
Tačiau griežtas keraminių elektrolitų pobūdis kelia iššūkius gaminant ir mechaninį stabilumą. Jų trapumas gali sukelti įtrūkimą ar ardymą dėl streso, o tai gali pakenktikietojo kūno akumuliatoriaus elementas. Tyrėjai tyrinėja sudėtines medžiagas ir naujus gamybos metodus, kad sušvelnintų šias problemas, tuo pačiu išsaugodami aukštą keraminių elektrolitų laidumą.
Polimero elektrolitai: lanksčiai ir lengvai apdorojami
Polimerų elektrolitai suteikia keletą pranašumų, atsižvelgiant į lankstumą ir palengvinimą. Šias medžiagas galima lengvai suformuoti į įvairias formas ir dydžius, leidžiančias didesnę projektavimo laisvę statant akumuliatorių. Jų būdingas lankstumas taip pat padeda palaikyti gerą kontaktą tarp elektrolito ir elektrodų, net jei akumuliatoriui įkrovimo ir iškrovimo ciklų metu keičiasi tūris.
Pagrindinis polimerų elektrolitų trūkumas tradiciškai buvo jų mažesnis joninis laidumas, palyginti su keramika. Tačiau naujausi polimerų mokslo patobulinimai lėmė naujų medžiagų, turinčių žymiai pagerėjusį laidumą, sukūrimą. Pavyzdžiui, kryžmiškai susieti polimerų elektrolitai, užpildyti keraminėmis nanodalelėmis, parodė perspektyvius rezultatus, derinant polimerų lankstumą su dideliu keramikos laidumu.
Kaip grafeno kompozitai padidina kietojo kūno ląstelių našumą
„Graphene“, „The Wonder“ XXI amžiaus medžiaga, daro reikšmingą kietų būklės akumuliatorių technologijos įsiveržimą. Jos unikalios savybės yra panaudotos siekiant sustiprinti įvairius aspektuskietojo kūno akumuliatoriaus elementasSpektaklis.
Patobulintas elektrodo laidumas ir stabilumas
Grafeno įtraukimas į elektrodų medžiagas parodė nepaprastai patobulintus tiek elektroninį, tiek joninį laidumą. Šis padidėjęs laidumas palengvina greitesnį krūvio perkėlimą, todėl padidėja galios tankis ir sumažintas vidinis pasipriešinimas. Be to, grafeno mechaninis stiprumas padeda išlaikyti elektrodų struktūrinį vientisumą pakartotinio įkrovos ištraukimo ciklų metu, todėl gali būti geresnis ilgalaikis stabilumas ir ciklo tarnavimo laikas.
Tyrėjai pademonstravo, kad grafeno patobulintos katodai, tokie kaip ličio geležies fosfatas (LIFEPO4) kartu su grafenu, pasižymi geresniu greičio galimybėmis ir gebėjimų sulaikymu, palyginti su jų įprastais kolegomis. Šis patobulinimas priskiriamas grafeno gebėjimui sukurti laidų tinklą elektrodo medžiagoje, palengvinant efektyvų elektronų ir jonų transportą.
Grafenas kaip sąsatinis sluoksnis
Vienas iš kritinių iššūkių kietų būsenų akumuliatorių projektavimui yra kietojo elektrolito ir elektrodų sąsajos valdymas. Grafenas iškyla kaip perspektyvus šios problemos sprendimas. Įtraukdami ploną grafeno ar grafeno oksido sluoksnį elektrodų-elektrolito sąsajoje, tyrėjai pastebėjo reikšmingą kietojo kūno ląstelių stabilumo ir efektyvumo pagerėjimą.
Šis grafeno tarpsluoksnis tarnauja keliems tikslams:
1. Tai veikia kaip buferis, pritaikantis tūrio pokyčius dviračių metu ir užkertant kelią delaminacijai.
2. Tai padidina joninį laidumą sąsajoje, palengvindamas sklandesnį jonų perkėlimą.
3. Tai padeda slopinti nepageidaujamų sąsajų sluoksnių susidarymą, kuris gali padidinti vidinį atsparumą.
Grafeno taikymas tokiu būdu parodė ypatingą pažadą spręsti iššūkius, susijusius su ličio metalo anodų naudojimu kietojo kūno baterijose. Ličio metalas siūlo išskirtinai aukštą teorinį pajėgumą, tačiau yra linkęs į dendrito susidarymą ir reaktyvumą su kietų elektrolitų. Kruopščiai sukurta grafeno sąsaja gali sušvelninti šias problemas, sudarydamas kelią didelio energijos tankio kietojo kūno ląstelėse.
Grapheną patobulintos kompoziciniai elektrolitai
Be vaidmens elektroduose ir sąsajose, grafenas taip pat yra tiriamas kaip priedas kompoziciniuose kietuose elektrolituose. Įtraukdami nedidelius grafeno ar grafeno oksido kiekius į keraminius ar polimerų elektrolitus, tyrėjai pastebėjo tiek mechaninių, tiek elektrocheminių savybių pagerėjimą.
Polimerų elektrolituose grafenas gali veikti kaip armatūrinį agentą, padidindamas medžiagos mechaninį stiprumą ir matmenų stabilumą. Tai ypač naudinga palaikyti gerą kontaktą tarp komponentų kaip akumuliatoriaus ciklų. Be to, aukštas grafeno paviršiaus plotas ir laidumas gali sukurti perkoliacijos tinklus elektrolite, o tai gali sustiprinti bendrą joninį laidumą.
Keraminiams elektrolitams grafeno papildymai parodė pažadą pagerinti medžiagos lūžių tvirtumą ir lankstumą. Tai apima vieną iš pagrindinių keraminių elektrolitų apribojimų - jų trapumo - nepakenkiant jų dideliam joniniam laidumui.
Išvada
Naujų medžiagų kūrimaskietojo kūno akumuliatoriaus elementasTechnologijos sparčiai tobulėja, žadama saugesnių, efektyvesnių ir didesnės energijos kaupimo sprendimų ateičiai. Nuo sulfido ir oksido pagrindu pagamintų elektrolitų iki grafeno integracijos į įvairius akumuliatorių komponentus, šios naujovės sudaro kelią naujos kartos baterijoms, kurios galėtų maitinti viską-nuo išmaniųjų telefonų iki elektrinių orlaivių.
Tęsiant tyrimus ir tobulinami gamybos procesai, galime tikėtis, kad kietojo kūno baterijos taps vis konkurencingesnės ir galiausiai pranoksta tradicinę ličio jonų technologiją. Galima nauda saugos, energijos tankio ir ilgaamžiškumo atžvilgiu daro kietos būklės baterijas įdomia perspektyva įvairiems pritaikymams.
Jei norite pasilikti akumuliatorių technologijos priešakyje, apsvarstykite galimybę ištirti pažangiausius kietojo kūno sprendimus, kuriuos siūlo „Ebattery“. Mūsų ekspertų komanda yra skirta pateikti moderniausius energijos kaupimo sprendimus, pritaikytus jūsų specifiniams poreikiams. Norėdami gauti daugiau informacijos arba aptarti, kaip mūsų kietojo kūno akumuliatorių technologija gali būti naudinga jūsų projektui, nedvejodami susisiekite su mumiscathy@zyepower.com. Įgykite ateitį kartu su pažangiomis kietojo kūno technologijomis!
Nuorodos
1. Zhang, L. ir kt. (2022). "Išplėstinės kietojo kūno baterijų medžiagos: iššūkiai ir galimybės". Gamtos energija, 7 (2), 134–151.
2. Chen, R. ir kt. (2021). "Grapheną patobulintos sąsajos kietojo kūno ličio baterijose." Išplėstinės energijos medžiagos, 11 (15), 2100292.
3. Kim, J. G. ir kt. (2023). "Sulfidas ir oksido elektrolitai: lyginamasis naujos kartos kietojo kūno baterijų tyrimas." Žurnalas „Power Sources“, 545, 232285.
4. Wang, Y., et al. (2020). "Polimerų-keraminių kompozicinių elektrolitų, skirtų kietojo kūno ličio baterijoms: apžvalga". Energijos kaupimo medžiagos, 33, 188-207.
5. Li, X., et al. (2022). "Naujausi grafeno pagrindu pagamintų medžiagų, skirtų kietojo kūno akumuliatorių pritaikymui, pasiekimai." Išplėstinės funkcinės medžiagos, 32 (8), 2108937.
