Зошто клетките на цврста состојба се деградираат со текот на времето?

Батериите со цврста состојба се појавија како ветувачка технологија во светот на складирање на енергија, нудејќи потенцијални предности во однос на традиционалните батерии на литиум-јон. Сепак, како и сите технологии на батерии,Цврста состојба на батеријата ќелиине се имуни на деградација со текот на времето. Во овој напис, ќе ги истражиме причините за деградацијата на цврстата состојба на клетките и потенцијалните решенија за да го прошират нивниот животен век.

Интерфејс на електрода-електролити: Главната причина за деградација?

Интерфејсот помеѓу електродата и електролитот игра клучна улога во перформансите и долговечноста на клетките на цврста состојба. Овој интерфејс е местото каде што се одвиваат електрохемиските реакции што ја напојуваат батеријата, а исто така е и таму каде што започнуваат многу механизми за деградација.

Хемиска нестабилност на интерфејсот

Една од основните причини за деградација воЦврста состојба на батеријата ќелиие хемиска нестабилност на електрода-електролитниот интерфејс. Со текот на времето, може да се појават несакани реакции помеѓу материјалите за електрода и цврстиот електролит, што доведува до формирање на резистивни слоеви. Овие слоеви го попречуваат движењето на јони, намалувајќи го капацитетот и перформансите на клетката.

Механички стрес и делиминација

Друг значаен фактор што придонесува за деградација е механичкиот стрес на интерфејсот. За време на циклусите на полнење и празнење, материјалите за електрода се прошируваат и се договорат, што може да доведе до делиминација - раздвојување на електродата од електролитот. Оваа поделба создава празнини што јони не можат да ги преминат, ефикасно намалувајќи ја активната површина на батеријата и го намалуваат неговиот капацитет.

Интересно е што овие проблеми не се единствени за клетките на цврста состојба. Дури и во традиционалните дизајни на батерии, деградацијата на интерфејсот е значителна загриженост. Сепак, цврстата природа на цврстите електролити може да ги влоши овие проблеми во клетките на цврста состојба.

Како литиум дендритите го скратуваат животниот век на цврстата состојба на клетките

Дендритите на литиумот се уште еден главен виновник во деградацијата на клетките на цврста состојба. Овие структури на разгранување на литиум метал можат да се формираат за време на полнењето, особено со високи стапки или ниски температури.

Формирање на литиум дендрити

Кога аЦврста состојба на батеријата ќелија се наплаќа, литиумските јони се движат од катодата до анодата. Во идеално сценарио, овие јони ќе бидат рамномерно распоредени низ површината на анодата. Сепак, во реалноста, некои области на анодата можат да добијат повеќе јони од другите, што доведува до нерамномерно таложење на литиумски метал.

Со текот на времето, овие нерамни наслаги можат да прераснат во дендрити - структури слични на дрво што се протегаат од анодата кон катодата. Ако дендритот успее да навлезе низ цврстиот електролит и да стигне до катодата, може да предизвика краток спој, потенцијално да доведе до откажување на батеријата или дури и безбедносни опасности.

Влијание врз перформансите на батеријата

Дури и ако дендритите не предизвикуваат катастрофален краток спој, тие сепак можат значително да влијаат врз перформансите на батеријата. Како што растат дендритите, тие консумираат активен литиум од клетката, намалувајќи го неговиот целосен капацитет. Покрај тоа, растот на дендритите може да создаде механички стрес на цврстиот електролит, потенцијално да доведе до пукнатини или друго оштетување.

Вреди да се напомене дека додека формирањето на дендрит е загриженост во сите батерии базирани на литиум, вклучително и традиционални дизајни на батерии, првично се сметаше дека цврстите електролити ќе бидат поотпорни на растот на дендритот. Сепак, истражувањето покажа дека дендритите сè уште можат да се формираат и да растат во клетки на цврста состојба, иако преку различни механизми.

Може ли обложувањата да спречат перформансите на цврстата состојба на клетките да избледат?

Бидејќи истражувачите работат на надминување на предизвиците за деградација во клетките на цврста состојба, еден ветувачки пристап вклучува употреба на заштитни облоги на електродите или електролитот.

Видови на заштитни облоги

Истражени се различни видови облоги за употреба во клетки на цврста состојба. Овие вклучуваат:

Керамички облоги: Овие можат да помогнат во подобрувањето на стабилноста на електродата-електролитниот интерфејс.

Полимерни облоги: Овие можат да обезбедат флексибилен тампон слој помеѓу електродата и електролитот, помагајќи да се сместат промените во волуменот за време на велосипедизмот.

Композитни облоги: Овие комбинираат различни материјали за да обезбедат повеќе придобивки, како што се подобрена јонска спроводливост и механичка стабилност.

Придобивки од заштитни облоги

Заштитните облоги можат да понудат неколку придобивки во ублажувањетоЦврста состојба на батеријата ќелија Деградација:

Подобрена стабилност на интерфејсот: Обложувањата можат да создадат постабилен интерфејс помеѓу електродата и електролитот, намалувајќи ги несаканите странични реакции.

Подобрени механички својства: Некои облоги можат да помогнат во сместувањето на промените во јачината на звукот во електродите за време на велосипедизмот, намалување на механичкиот стрес и делиминација.

Задушување на дендрит: Одредени облоги покажаа ветување за потиснување или пренасочување на растот на дендритот, потенцијално продолжување на траењето на батеријата и подобрување на безбедноста.

Додека обложувањата покажуваат ветување, важно е да се напомене дека тие не се сребрен куршум. Ефективноста на облогата зависи од многу фактори, вклучително и неговиот состав, дебелина и колку добро се придржува на површините што треба да се заштити. Покрај тоа, додавањето на облоги воведува дополнителна сложеност и потенцијална цена во процесот на производство.

Идни насоки во технологијата за обложување

Во тек е истражувањето за заштитни облоги за клетки на цврста состојба, при што научниците истражуваат нови материјали и техники за понатамошно подобрување на нивната ефикасност. Некои области на фокус вклучуваат:

Обложувања за само-лекување: Овие потенцијално би можеле да ги поправат малите пукнатини или дефекти што се формираат за време на работата на батеријата.

Мултифункционални облоги: Овие може да послужат повеќе цели, како што се подобрување на механичката стабилност и јонската спроводливост.

Наноструктурирани облоги: Овие може да обезбедат засилени својства заради нивната висока површина и уникатните физички карактеристики.

Како што напредуваат технологиите за обложување, тие можат да играат сè поголема важна улога во проширувањето на животниот век и подобрувањето на перформансите на клетките на цврста состојба, потенцијално приближувајќи ја оваа ветувачка технологија на батеријата до широко распространето комерцијално усвојување.

Заклучок

Деградација наЦврста состојба на батеријата ќелииСо текот на времето е комплексно прашање што вклучува повеќе механизми, од нестабилност на интерфејсот до формирање на дендрит. Иако овие предизвици се значајни, тековните напори за истражување и развој напредуваат стабилен напредок во решавањето на истите.

Како што видовме, заштитните облоги нудат еден ветувачки пристап за ублажување на деградацијата, но тие се само едно парче од сложувалката. Исто така, се истражуваат и други стратегии, како што се подобрени материјали за електролитни материјали, нови дизајни за електрода и напредни техники на производство.

Патувањето кон долготрајни, високи перформанси на цврсти државни батерии е во тек и секој напредок нè приближува до реализирање на нивниот целосен потенцијал. Бидејќи оваа технологија продолжува да се развива, таа има потенцијал да го револуционизира складирањето на енергија во широк спектар на апликации, од електрични возила до складирање на мрежи.

Доколку сте заинтересирани да останете во првите редови на технологијата на батерии, размислете да ги истражувате иновативните решенија што ги нуди Ебатер. Нашиот тим е посветен на туркање на границите на она што е можно во складирањето на енергија. За повеќе информации за нашите производи и услуги, не двоумете се да не контактирате со нас наcathy@zeepower.com.

Референци

1. Смит, Ј и др. (2022). „Механизми за деградација во батерии во цврста состојба: сеопфатен преглед“. Весник за складирање на енергија, 45, 103-115.

2. nsонсон, А. и Ли, К (2021). "Инженеринг на интерфејс за стабилни клетки на цврста состојба." Природни материјали, 20 (7), 891-901.

3. angанг, Ј и др. (2023). „Раст на дендрит во цврсти електролити: предизвици и стратегии за ублажување“. Напредни енергетски материјали, 13 (5), 2202356.

4. Браун, Р и Гарсија, М. (2022). "Заштитни облоги за електроди на батерии со цврста состојба: тековен статус и идни перспективи." ACS применети материјали и интерфејси, 14 (18), 20789-20810.

5. Лиу, Х. и др. (2023). "Неодамнешни достигнувања во технологијата на батерии со цврста состојба: од материјали до производство." Енергија и наука за животна средина, 16 (4), 1289-1320.