Решавање на проблемите со промената на волуменот во аноди на батерии со цврста состојба

Развој наЦврста состојба на батеријата ќелија Технологијата ветува дека ќе го револуционизира складирањето на енергија, нудејќи поголема густина на енергија и подобрена безбедност во споредба со традиционалните батерии на литиум-јон. Сепак, еден од најголемите предизвици со кои се соочува оваа ветувачка технологија е прашањето за промените во обемот во анодата за време на циклусите на полнење и празнење. Овој блог-пост се впушта во причините за проширување на анодата во ќелии во цврста состојба и истражува иновативни решенија за да се намали овој проблем, обезбедувајќи стабилни долгорочни перформанси.

Зошто анодите се шират во ќелии на батерии со цврста состојба?

Разбирањето на основната причина за проширувањето на анодата е клучно за развој на ефективни решенија. ВоЦврста состојба на батеријата ќелија Дизајните, анодата обично се состои од литиум метал или литиум легури, кои нудат голема густина на енергија, но се склони кон значителни промени во волуменот за време на велосипедизмот.

Процесот на позлата и соголување на литиумот

За време на полнењето, литиумските јони се движат од катодата кон анодата, каде што се депонираат (позлатени) како металик литиум. Овој процес предизвикува проширување на анодата. Спротивно на тоа, за време на празнење, литиумот се одзема од анодата, предизвикувајќи да се склучи договор. Овие повторени циклуси на проширување и контракција можат да доведат до неколку проблеми:

1. Механички стрес на цврстиот електролит

2. Формирање на празнини на интерфејсот со анод-електролити

3. Потенцијално разграничување на компонентите на клетките

4. Зголемен внатрешен отпор

5. Намален живот на циклус и задржување на капацитетот

Улогата на цврсти електролити

За разлика од течните електролити во традиционалните литиум-јонски батерии, цврстите електролити во клетките на цврста состојба не можат лесно да ги сместат промените во волуменот. Оваа ригидност ги влошува проблемите предизвикани од проширувањето на анодата, потенцијално да доведе до откажување на клетките, ако не е соодветно адресирано правилно.

Нови раствори за оток на волумен во литиумски метални аноди

Истражувачите и инженерите истражуваат различни иновативни пристапи за да ги ублажат проблемите со промената на јачината на звукот воЦврста состојба на батеријата ќелија аноди. Овие решенија имаат за цел да одржат стабилен контакт помеѓу анодата и цврстиот електролит додека ги сместуваат неизбежните промени во волуменот.

Инженерски интерфејси и облоги

Еден ветувачки пристап вклучува развој на специјализирани облоги и слоеви на интерфејс помеѓу литиумската метална анода и цврстиот електролит. Овие инженерски интерфејси служат повеќе намени:

1. Подобрување на литиумскиот јонски транспорт

2. Намалување на интерфацијалниот отпор

3. Сместување на промените во јачината на звукот

4. Спречување на формирање на дендрит

На пример, истражувачите ја истражуваат употребата на ултратински керамички облоги што можат да се флексираат и да се деформираат додека ги одржуваат своите заштитни својства. Овие обложувања помагаат во дистрибуирање на стресот уште рамномерно и спречуваат формирање на пукнатини во цврстиот електролит.

3Д структурирани аноди

Друго иновативно решение вклучува дизајн на тродимензионални анодни структури кои можат подобро да ги сместат промените во волуменот. Овие структури вклучуваат:

1. Порозни литиумски метални рамки

2. Скелени базирани на јаглерод со таложење на литиум

3. Наноструктурирани легури на литиум

Со обезбедување на дополнителен простор за проширување и создавање на повеќе униформа таложење на литиум, овие 3Д структури можат значително да го намалат механичкиот стрес на компонентите на клетките и да го подобрат животот на циклусот.

Дали композитните аноди можат да ги стабилизираат перформансите на ќелијата на батеријата со цврста состојба?

Композитни аноди претставуваат ветувачка улица за решавање на проблемите со промената на волуменот воЦврста состојба на батеријата ќелија дизајни. Со комбинирање на различни материјали со комплементарни својства, истражувачите имаат за цел да создадат аноди кои нудат голема густина на енергија, додека ги ублажуваат негативните ефекти од промените во волуменот.

Литиум-силикон композитни аноди

Силикон е познат по високиот теоретски капацитет за складирање на литиум, но исто така страда од екстремни промени во волуменот за време на велосипедизмот. Со комбинирање на силикон со литиум метал во внимателно дизајнирани наноструктури, истражувачите покажаа композитни аноди кои нудат:

1. Повисока густина на енергија од чистиот литиум метал

2. Подобрена структурна стабилност

3. Подобар живот на циклусот

4. Намалена целокупна проширување на волуменот

Овие композитни аноди го искористуваат високиот капацитет на силикон додека ја користат компонентата на литиум метал во промените во волуменот на тампон и одржуваат добар електричен контакт.

Полимер-керамички хибридни електролити

Иако не е строго дел од анодата, хибридни електролити кои комбинираат керамички и полимерни компоненти можат да играат клучна улога во сместувањето на промените во волуменот. Овие материјали нудат:

1. Подобрена флексибилност во споредба со чистите керамички електролити

2. Подобри механички својства од полимерните електролити само

3. Подобрен интерфацијален контакт со анодата

4. Потенцијал за својства за само-лекување

Со употреба на овие хибридни електролити, цврстата состојба на клетките можат подобро да ги издржат стресовите предизвикани од промените во волуменот на анодата, што доведува до подобрена долгорочна стабилност и перформанси.

Ветување за вештачка интелигенција во дизајнот на материјали

Бидејќи областа на истражувањето на батеријата во цврста состојба продолжува да се развива, вештачката интелигенција (АИ) и техниките на учење машини се повеќе се применуваат за забрзување на откривањето и оптимизацијата на материјалите. Овие компјутерски пристапи нудат неколку предности:

1. Брзо скрининг на потенцијални анодни материјали и композити

2. Предвидување на материјални својства и однесување

3. Оптимизација на комплексни мулти-компоненти системи

4. Идентификација на неочекувани комбинации на материјали

Со искористување на дизајнот на материјали управувани со AI, истражувачите се надеваат дека ќе развијат нови анодни композиции и структури кои можат ефикасно да го решат проблемот со промената на волуменот, додека да ја одржат или дури и да ја подобрат густината на енергијата и животот на циклусот.

Заклучок

Обраќањето на проблемите со промената на јачината на звукот во аноди со цврста состојба на батерии е клучно за реализирање на целосниот потенцијал на оваа ветувачка технологија. Преку иновативни пристапи, како што се инженерски интерфејси, 3Д структурирани аноди и композитни материјали, истражувачите прават значителни чекори за подобрување на стабилноста и перформансите наЦврста состојба на батеријата ќелии.

Бидејќи овие решенија продолжуваат да се развиваат и созреваат, можеме да очекуваме да видиме цврсти државни батерии кои нудат невидена густина на енергија, безбедност и долговечност. Овие достигнувања ќе имаат далекусежни импликации за електрични возила, преносна електроника и складирање на енергија од мрежни мрежи.

Во Ebattery, ние сме посветени да останеме во првите редови на технологијата на батерии со цврста состојба. Нашиот тим на експерти постојано истражува нови материјали и дизајни за надминување на предизвиците со кои се соочува ова возбудливо поле. Доколку сте заинтересирани да дознаете повеќе за нашите врвни решенија за батерии со цврста состојба или да имате какви било прашања, ве молиме не двоумете се да допрат до нас во насcathy@zeepower.com. Заедно, можеме да напојуваме почиста, поефикасна иднина.

Референци

1. angанг, Ј., И др. (2022). „Напредни стратегии за стабилизирање на литиумските метални аноди во батерии со цврста состојба“. Природна енергија, 7 (1), 13-24.

2. Liu, Y., et al. (2021). „Композитни аноди за литиум батерии со цврста состојба: предизвици и можности“. Напредни енергетски материјали, 11 (22), 2100436.

3. Xu, R., et al. (2020). „Вештачки интерфази за високо стабилна литиумска метална анода“. Материјал, 2 (6), 1414-1431.

4. Чен, Х., и др. (2023). „3Д-структурирани аноди за литиум батерии со цврста состојба: принципи на дизајнирање и неодамнешни достигнувања“. Напредни материјали, 35 (12), 2206511.

5. Ванг, Ц., и др. (2022). "Машинско учење со помош на цврсти електролити со супериорна јонска спроводливост." Природни комуникации, 13 (1), 1-10.