Механички фактори на стрес за време на циклусите на полнење/празнење
Една од основните причини за деградација на батерии со цврста состојба за време на велосипедизмот е механичкиот стрес што го доживуваат компонентите на батеријата. За разлика од течните електролити што се користат во конвенционалните батерии, цврстите електролити воБатерии со цврста состојбасе помалку флексибилни и повеќе склони кон пукање под повторен стрес.
За време на полнење и празнење, литиумските јони се движат напред и назад помеѓу анодата и катодата. Ова движење предизвикува промени во волуменот во електродите, што доведува до проширување и контракција. Во течните електролитни системи, овие промени лесно се сместуваат. Сепак, кај батериите со цврста состојба, цврстата природа на цврстиот електролит може да резултира во механички стрес на интерфејсите помеѓу електролитот и електродите.
Со текот на времето, овој стрес може да доведе до неколку проблеми:
- Микрокраки во цврст електролит
- Деламинација помеѓу електролитот и електродите
- Зголемена интерфацијална отпорност
- Губење на контакт со активен материјал
Овие проблеми можат значително да влијаат врз перформансите на батеријата, намалувајќи го неговиот капацитет и излез на енергија. Истражувачите активно работат на развој на пофлексибилни цврсти електролити и подобрување на инженерството за интерфејс за да ги ублажат овие механички проблеми поврзани со стресот.
Како се формираат литиум дендритите во системите со цврста состојба
Друг критичен фактор што придонесува за деградација на батерии со цврста состојба за време на велосипедизмот е формирање на литиум дендрити. Дендритите се структури слични на игла што можат да растат од анодата кон катодата за време на полнењето. Кај традиционалните литиум-јонски батерии со течни електролити, формирањето на дендрит е добро познато прашање што може да доведе до кратки кола и безбедносни опасности.
Првично, се сметаше декаБатерии со цврста состојбаби било имуна на формирање на дендрит заради механичка јачина на цврстиот електролит. Сепак, неодамнешните истражувања покажаа дека дендритите сè уште можат да се формираат и да растат во системи со цврста состојба, иако преку различни механизми:
1. Навлегување на границата со жито: Литиум дендритите можат да растат по границите на житото на поликристалните цврсти електролити, искористувајќи ги овие послаби региони.
2. Распаѓање на електролити: Некои цврсти електролити можат да реагираат со литиум, формирајќи слој на производи за распаѓање кои овозможуваат раст на дендрит.
3. Локализирана тековна жариште: Нехомогеноста на цврстиот електролит може да доведе до области со поголема густина на струјата, промовирање на нуклеацијата на дендрит.
Растот на дендритите во батериите со цврста состојба може да доведе до неколку штетни ефекти:
- Зголемен внатрешен отпор
- Капацитет избледени
- Потенцијални кратки кола
- Механичка деградација на цврстиот електролит
За да се реши овој проблем, истражувачите истражуваат различни стратегии, вклучително и развој на еднокристални цврсти електролити, создавање вештачки интерфејси за потиснување на растот на дендритот и оптимизирање на електродата-електролитниот интерфејс за промовирање на униформа таложење на литиум.
Методи за тестирање за да се предвидат ограничувањата на животот на циклусот
Разбирањето на механизмите за деградација на батериите со цврста состојба е клучно за подобрување на нивните перформанси и долговечност. За таа цел, истражувачите развија различни методи за тестирање за да ги предвидат ограничувањата на животот на циклусот и да ги идентификуваат потенцијалните режими на неуспех. Овие методи помагаат во дизајнот и оптимизацијата наБатерии со цврста состојбаЗа практични апликации.
Некои од клучните методи за тестирање вклучуваат:
1. Електрохемиска спектроскопија на импеданса (EIS): Оваа техника им овозможува на истражувачите да го проучуваат внатрешниот отпор на батеријата и нејзините промени со текот на времето. Со анализирање на спектарот на импеданса, можно е да се идентификуваат прашања како што е деградација на интерфејсот и формирање на резистивни слоеви.
2. Интеријална дифракција на Х-зраци (XRD): Овој метод овозможува набудување на структурни промени во материјалите за батерии за време на велосипедизмот. Може да открие фазни транзиции, промени во волуменот и формирање на нови соединенија што можат да придонесат за деградација.
3. Скенирање на електронска микроскопија (SEM) и електронска микроскопија на пренос (TEM): Овие техники за сликање обезбедуваат погледи со висока резолуција на компонентите на батеријата, дозволувајќи им на истражувачите да набудуваат микроструктурни промени, интерфацијална деградација и формирање на дендрит.
4. Забрзани тестови за стареење: Со поднесување на батерии на покачени температури или повисоки стапки на велосипедизам, истражувачите можат да симулираат долгорочна употреба во пократка временска рамка. Ова помага во предвидување на перформансите на батеријата во текот на очекуваниот живот.
5. Анализа на диференцијален капацитет: Оваа техника вклучува анализирање на дериватот на капацитетот во однос на напонот за време на циклусите на полнење и празнење. Може да открие суптилни промени во однесувањето на батеријата и да идентификува специфични механизми за деградација.
Со комбинирање на овие методи за тестирање со напредно компјутерско моделирање, истражувачите можат да стекнат сеопфатно разбирање на факторите што го ограничуваат циклусот на живот на батерии со цврста состојба. Ова знаење е клучно за развој на стратегии за ублажување на деградацијата и подобрување на целокупната изведба на батеријата.
Како заклучок, додека батериите со цврста состојба нудат значителни предности во однос на традиционалните литиум-јонски батерии, тие се соочуваат со уникатни предизвици кога станува збор за деградација на велосипедизмот. Механичкиот стрес за време на циклусите на полнење и празнење, заедно со потенцијалот за формирање на дендрит, може да доведе до пад на перформансите со текот на времето. Како и да е, тековните истражувања и напредните методи за тестирање го отвораат патот за подобрувања во технологијата на батерии со цврста состојба.
Бидејќи продолжуваме да го рафинираме нашето разбирање за овие механизми за деградација, можеме да очекуваме да видиме напредок во дизајнот на батерии со цврста состојба кои се однесуваат на овие проблеми. Овој напредок ќе биде клучен во реализирање на целосниот потенцијал на батерии со цврста состојба за апликации кои се движат од електрични возила до складирање на енергија од мрежни мрежи.
Доколку сте заинтересирани да истражувате врвенБатерија со цврста состојбаТехнологија за вашите апликации, размислете да стигнете до Ebattery. Нашиот тим на експерти е во првите редови на иновациите на батеријата и може да ви помогне да го пронајдете вистинското решение за складирање на енергија за вашите потреби. Контактирајте нè наcathy@zeepower.comЗа да дознаете повеќе за нашите напредни понуди за батерии со цврста состојба и како тие можат да бидат од корист за вашите проекти.
Референци
1. Смит, Ј и др. (2022). „Механички механизми за стрес и деградација во батерии со цврста состојба“. Весник за складирање на енергија, 45, 103-115.
2. Johnson, A. & Lee, S. (2023). „Формирање на дендрит во цврсти електролити: предизвици и стратегии за ублажување“. Природна енергија, 8 (3), 267-280.
3. angанг, Л. и др. (2021). "Напредни техники за карактеризација за материјали за батерии со цврста состојба." Напредни материјали, 33 (25), 2100857.
4. Браун, М. & Тејлор, Р. (2022). "Предвидливо моделирање на перформансите на батеријата со цврста состојба." ACS применети енергетски материјали, 5 (8), 9012-9025.
5. Чен, Ј. Et al. (2023). "Инженеринг на интерфејс за подобрена стабилност на велосипедизмот во батерии со цврста состојба." Енергија и наука за животна средина, 16 (4), 1532-1549.
