Sprendžiant garsumo pokyčių problemas kietojo kūno akumuliatoriaus elementų anoduose

The development ofkietojo kūno akumuliatoriaus elementas Technologija žada pakeisti energijos kaupimą revoliuciją, siūlant didesnį energijos tankį ir pagerino saugumą, palyginti su tradicinėmis ličio jonų baterijomis. Tačiau vienas iš pagrindinių iššūkių, su kuriais susiduria ši perspektyvi technologija, yra anodo pokyčių klausimas įkrovimo ir išmetimo ciklų metu. Šis tinklaraščio įrašas remiasi anodo išplėtimo prie kietojo kūno ląstelėse priežastys ir tiria novatoriškus sprendimus, siekiant sušvelninti šią problemą, užtikrinant stabilų ilgalaikį našumą.

Kodėl anodai plečiasi kietojo kūno akumuliatoriaus elementuose?

Norint sukurti veiksmingus sprendimus, labai svarbu suprasti pagrindinę anodo išplėtimo priežastį. Įkietojo kūno akumuliatoriaus elementas Dizainas, anodas paprastai susideda iš ličio metalo arba ličio lydinių, kurie siūlo didelį energijos tankį, tačiau yra linkę į didelius tūrio pokyčius ciklo metu.

Ličio dengimo ir nuvalymo procesas

Įkrovimo metu ličio jonai juda iš katodo į anodą, kur jie nusėda (padengti) kaip metalinis ličio. Dėl šio proceso anodas plečiasi. Atvirkščiai, išleidimo metu ličio pašalinama iš anodo, todėl jis susitraukia. Šie pakartotiniai plėtros ir susitraukimo ciklai gali sukelti keletą klausimų:

1. Tvirto elektrolito mechaninis įtempis

2. Voidų susidarymas anodo-elektrolito sąsajoje

3. Galimas ląstelių komponentų delaminimas

4. Padidėjęs vidinis pasipriešinimas

5. Sumažintas ciklo tarnavimo laikas ir gebėjimų išlaikymas

Kietų elektrolitų vaidmuo

Skirtingai nuo skystųjų elektrolitų tradicinėse ličio jonų baterijose, kietųjų elektrolitų kietojo kūno ląstelėse negalima lengvai pritaikyti tūrio pokyčių. Šis nelankstumas pablogina anodo išsiplėtimo problemas, kurios gali sukelti ląstelių gedimą, jei nebus tinkamai išspręsta.

Nauji ličio metalo anodų tūrio patinimo sprendimai

Tyrėjai ir inžinieriai tiria įvairius novatoriškus metodus, siekdami sušvelninti apimties pokyčių problemaskietojo kūno akumuliatoriaus elementas anodai. Šiais sprendimais siekiama išlaikyti stabilų anodo ir kieto elektrolito kontaktą, kartu pritaikant neišvengiamą tūrio pokyčius.

Inžinerinės sąsajos ir dangos

Vienas perspektyvus požiūris apima specializuotų dangų ir sąsajos sluoksnių plėtrą tarp ličio metalo anodo ir kieto elektrolito. Šios inžinerinės sąsajos yra kelios tikslais:

1. Ličio jonų transportavimo gerinimas

2. Sumažinus atsparumą tarpfaziniam atsparumui

3. Įtraukite tūrio pokyčius

4. Dendrito susidarymo prevencija

Pavyzdžiui, tyrėjai ištyrė ypačoninių keraminių dangų, kurios gali lankstyti ir deformuoti, naudojimą išlaikydami savo apsaugines savybes. Šios dangos padeda tolygiau paskirstyti stresą ir užkirsti kelią kietų elektrolito įtrūkimų susidarymui.

3D struktūruoti anodai

Kitas novatoriškas sprendimas apima trimatių anodo struktūrų, galinčių geriau pritaikyti tūrio pokyčius, dizainą. Šios struktūros apima:

1. Porėti ličio metalo rėmai

2. Anglies pagrindu pagaminti pastoliai su ličio nusėdimu

3. Nanostruktūrizuoti ličio lydiniai

Suteikdami papildomą erdvę plėtrai ir sukuriant vienodą ličio nusėdimą, šios 3D struktūros gali žymiai sumažinti mechaninį ląstelių komponentų įtempį ir pagerinti ciklo tarnavimo laiką.

Ar sudėtiniai anodai gali stabilizuoti kietojo kūno akumuliatoriaus elementų našumą?

Sudėtiniai anodai yra perspektyvi alėja, skirta spręsti apimties pokyčių problemaskietojo kūno akumuliatoriaus elementas dizainas. Derindami skirtingas medžiagas su papildomomis savybėmis, tyrėjai siekia sukurti anodus, kurie siūlo didelį energijos tankį, tuo pačiu sumažindami neigiamą tūrio pokyčių poveikį.

Ličio-silicon kompoziciniai anodai

Silicis yra žinomas dėl aukšto teorinio ličio laikymo gebėjimų, tačiau jis taip pat kenčia nuo ekstremalių tūrio pokyčių dviračių metu. Derindami silicį su ličio metalu kruopščiai suprojektuotuose nanostruktūrose, tyrėjai pademonstravo sudėtinius anodus, kurie siūlo:

1. Didesnis energijos tankis nei grynas ličio metalas

2. Patobulintas struktūrinis stabilumas

3. Geresnis ciklo gyvenimas

4. Sumažėjęs bendras tūrio išplėtimas

Šie sudėtiniai anodai panaudoja didelę silicio talpą, naudodami ličio metalo komponentą, kad buferio tūrio keičia ir palaikytų gerą elektrinį kontaktą.

Polimerų-keraminių hibridinių elektrolitų

Nors hibridiniai elektrolitai, sujungiantys keraminius ir polimerų komponentus, nėra griežtai anodo dalis, gali būti lemiamas vaidmuo keičiant tūrio pokyčius. Šios medžiagos siūlo:

1. Patobulintas lankstumas, palyginti su grynais keraminiais elektrolitais

2. Geresnės mechaninės savybės nei vien polimero elektrolitai

3. Patobulintas sąsajos kontaktas su anodu

4. Savarankiškų savybių potencialas

Naudodamiesi šiais hibridiniais elektrolitais, kietojo kūno ląstelės gali geriau atlaikyti įtempius, kuriuos sukelia anodo tūrio pokyčiai, todėl pagerina ilgalaikį stabilumą ir našumą.

Dirbtinio intelekto pažadas kuriant medžiagų dizainą

Toliau keičiantis kietojo kūno akumuliatorių tyrimų sričiai, dirbtinio intelekto (AI) ir mašinų mokymosi metodai vis dažniau naudojami norint pagreitinti medžiagų atradimą ir optimizavimą. Šie skaičiavimo metodai suteikia keletą pranašumų:

1. Greitas potencialių anodo medžiagų ir kompozitų patikrinimas

2. Medžiagos savybių ir elgesio numatymas

3. Sudėtingų kelių komponentų sistemų optimizavimas

4. Netikėtų medžiagų derinių identifikavimas

Pasitelkdami AI varomų medžiagų dizainą, tyrėjai tikisi sukurti naujas anodo kompozicijas ir struktūras, kurios galėtų efektyviai išspręsti tūrio pokyčių problemą išlaikydami ar net gerindami energijos tankį ir ciklo gyvenimą.

Išvada

Norint realizuoti visą šios perspektyvios technologijos potencialą, labai svarbu išspręsti tūrio keitimo problemas kietojo kūno akumuliatoriaus elementų anoduose. Vykdydami novatoriškus metodus, tokius kaip inžinerinės sąsajos, 3D struktūruoti anodai ir kompozicinės medžiagos, tyrėjai žengia didelę žengimą gerindami stabilumą ir našumąkietojo kūno akumuliatoriaus elementai.

Kadangi šie sprendimai toliau vystosi ir subrendo, galime tikėtis, kad pamatysime kietojo kūno baterijas, siūlančias precedento neturintį energijos tankį, saugumą ir ilgaamžiškumą. Šie pasiekimai turės didelę įtaką elektrinėms transporto priemonėms, nešiojamosioms elektronikoms ir tinklo skalės energijos kaupimui.

„Ebattery“ esame įsipareigoję apsistoti kietojo kūno akumuliatorių technologijos priešakyje. Mūsų ekspertų komanda nuolat tyrinėja naujas medžiagas ir dizainus, kad įveiktų iššūkius, su kuriais susiduria ši jaudinanti sritis. Jei norite sužinoti daugiau apie mūsų pažangiausias kietojo kūno akumuliatoriaus sprendimus ar turite klausimų, nedvejodami susisiekite su mumiscathy@zyepower.com. Kartu galime maitinti švaresnę, efektyvesnę ateitį.

Nuorodos

1. Zhang, J. ir kt. (2022). "Išplėstinės ličio metalinių anodų stabilizavimo strategijos kietojo kūno baterijose." Gamtos energija, 7 (1), 13–24.

2. Liu, Y., et al. (2021). "Kompoziciniai anodai kietojo kūno ličio baterijoms: iššūkiai ir galimybės." Išplėstinės energijos medžiagos, 11 (22), 2100436.

3. Xu, R. ir kt. (2020). "Dirbtinės tarpfazės, skirtos labai stabiliam ličio metalo anodui." Materija, 2 (6), 1414–1431.

4. Chen, X., et al. (2023). "3D struktūruoti kietojo kūno ličio baterijų anodai: projektavimo principai ir naujausi pažanga." Išplėstinės medžiagos, 35 (12), 2206511.

5. Wang, C. ir kt. (2022). "Mašinų mokymosi kietų elektrolitų, turinčių puikų joninį laidumą, dizainas." „Nature Communications“, 13 (1), 1-10.