Yangi energiya texnologiyalari, qattiq davlat batareya quvvati juda istiqbolli ravishda keyingi avlod batareyasi texnologiyasi, hayotning barcha turlaridan katta e'tiborni tortdi. Elektron vositalar va haydash vositalarining harakatlanish assortimentida odamlar talablari oshib boraveradi va kundan-kunga qattiq davlat batareyasi xavfsizlik va assortimentning an'anaviy suyuqlik batareyalarining ko'plab og'riqlarini hal qilish uchun juda ko'p. Biroq, uning keng ko'lamli ommalashishi va arizasi, iste'molchilarning ongidagi muhim savol: qattiq shtat batareyasi xavfsiz va uzoq masofani taqdim etishga qodirmi? Ushbu savolga javob berish uchun biz ishchi mexanizm, texnik xususiyatlar va qattiq davlat batareyalarining joriy tadqiqotlari va dasturiy holatlarini bekor qilishimiz kerak.
Ishlash printsipi va qattiq shtat batareyasining tarkibiy tavsiflari
Qattiq shtat batareyasi va an'anaviy lityum-ion batareyasi elektrolit shaklida yotadi. An'anaviy suyuq lityum-ion batareyalarida ijobiy va salbiy elektrodlar orasidagi lityum ionlari orqali giyohvand elektr energiyasidan foydalanish uchun suyuq elektrolit ishlatiladi. Bundan farqli o'laroq, qattiq holatli batareyalar qattiq elektrolitdan foydalanadi, bu odatda keramika, polimer yoki sulfid materiallaridan tayyorlanadi. Qattiq shtat batareyalarida, shuningdek, zaryadlash paytida ijobiy elektroddan, ijobiy elektroddan kesilgan va qattiq elektrolit orqali aralashish; Xarajat paytida ular teskari yo'nalishda harakat qilishadi, elektrod esa elektroddan musbat elektroddan, qurilmani quvvatlantiradigan tashqi elektrod orqali oqadi.
Qattiq elektrolitdan foydalanish noyob tarkibiy xususiyatlarga ega bo'lgan mustahkam holatlar bilan shug'ullanadi. Ijobiy va salbiy elektrodlar o'rtasida ajratishni talab qiladigan suyuq elektrolitni talab qiladigan suyuq elektrolitni talab qiladigan suyuq elektrolitni talab qiladi. Shu bilan birga, qattiq elektrolit yanada barqarorlikni namoyish etadi va batareya xavfsizligi bo'yicha ishlash uchun poydevor qo'yadigan poydevor qo'yib, o'zgaruvchan va oqilonga moyil bo'lib, u batareya xavfsizligini yaxshilash uchun asos yaratadi.
Qattiq shtat batareyasining xavfsiz ishlashi
An'anaviy suyuq lityum-ion batareyalari yuqori harorat sharoitida termal qochish xavfini tug'diradi. Batareya harorati 80 darajadan oshganda, suyuq elektrolitlar yonadigan issiqlik gazlarini ishlab chiqarish uchun parchalanib, yonuvchan issiqliklarni ishlab chiqarishga va oxir-oqibat batareyani yoqish yoki hatto portlashni keltirib chiqarishi mumkin. Germaniya TÜV sinov agentligining ma'lumotlari ushbu yashirin xavfni aniq ochib beradi.
Qattiq shtatdagi batareyalar issiqlik barqarorligida muhim afzalliklarni namoyish etadi. Qattiq elektrolitda o'zgaruvchan va yoniluvchan suyuq komponentlar yo'qligi sababli, uning issiqlik barqarorligi suyuq elektrolitdan ancha yuqori. Yaponiya yangi energiya va sanoat texnologiyalarini rivojlantirish tashkilotining (NEDO) tomonidan o'tkazilgan ponksiyon testi juda ta'sirli: batareya harorati 2 darajaga ko'tariladi, an'anaviy suyuq lityy-ion batareya atigi 3 soniya davomida yonib turadi va atigi 3 soniya davomida portlaydi. Ushbu eksperimental natija o'ta mexanik huquqbuzarlik yuzasida qattiq shtatdagi batareyalarning yuqori darajadagi xavfsizligini ko'zda tutadi.
"Qattiq davlat batareyalari" lityum-ion batareyalaridan ko'ra qattiqroq batareyalar xavfsizroqmi? " 2002 yil 1 aprelda fanda nashr etilgan tadqiqotchilar issiq lityum-ion batareyalari, ma'lum miqdordagi elektrolitlar, yarim qattiq batareyalar, yarim qattiq batareyalar, yarim mingta elektr zarralari. Tadqiqotda termal qochish holatida tashqi isitish natijasida kelib chiqqan, umuman qattiq batareyalar yarim qattiq va suyuq lityum-ion batareyalarida. Qattiq shtatdagi qattiq davlat batareyalaridagi qattiq elektrolitlarning yuqori zichligi samarali elektrod va musofir elektroddan olingan kisloroddagi gitlium o'rtasidagi aloqalarni shakllantirishi mumkin. Ushbu faraziy stsenariyda jiddiy issiqlikning sezilarli darajada chiqarilishi mumkin emas.
Lityum denrit o'sishini inhibe qilish
An'anaviy suyuqlik batareyalarining an'anaviy suyuqlik batareyalarining zaryadlash jarayonida lityum ionlari tezkor zaryadlash paytida salbiy elektrodning yuzasida kristallanadi. Lityumning o'sishi nafaqat batareya quvvati parchalanishiga olib keladi, balki ijobiy va salbiy elektrodlar o'rtasida qisqa tutashuvni keltirib chiqarishi va xavfsizlik hodisasini boshlashga olib kelishi mumkin. Bu yashirin xavf CATL muhandislari tomonidan aniqlangan.
Qattiq shtat batareyalari lityum dendi o'sishini inhibe qilish imkoniyatini ko'rsatadi. Qattiq elektrolitlarning maxsus tuzilishi va xususiyatlari Lityum ion migratsiyasi uchun ko'proq yagona yo'l bilan ta'minlanishi va lityum dendigritni shakllantirish imkoniyatini kamaytirishi mumkin. Lityum deniti o'sishini butunlay yo'q qilish amaliy qo'llanmalarda muammolarni hal qiladi, ammo bu borada mustahkam davlat batareyalarining yaxshilanishi suyuq lityum-ion batareyalari bilan taqqoslaganda aniq ko'rinadi.
Potentsial xavfsizlik xavfi
Qattiq shtatdagi batareyalarning xavfsizlik jihatidan ko'p afzalliklariga qaramay, ular mutlaqo xavfsiz emas. Qattiq elektrolitlar bajarilmasa, masalan, qattiq elektr asboblari qattiq elektrolit kirib borishi mumkin bo'lgan kabi, masalan, qattiq elektrolitlar va yarim qattiq batareyalar suyuq lityum-ion batareyalaridan ustun emas. Vuhan universitetida kimyo va molekulyar fanlar maktabidan professor Ai Xinping, barcha qattiq davlat batareyalari ham yuqori energiya zichligi va yaxshi xavfsizlikning yuqori qismini o'z ichiga olganligi haqidagi da'vo. Qattiq shtatdagi batareyalarda ba'zi materiallar baxtsiz hodisa yuz bermagan taqdirda, vodorod sulfidi, ammo ular odamlarni an'anaviy batareya kabi bevosita yoqib yuborishi mumkin, ammo ular an'anaviy batareya kabi bevosita yoqib, inson tanasiga jiddiy zarar etkazishi mumkin.
Qattiq shtat batareyasining potentsiali
Nazariyada qattiq holatli batareyalar yuqori energiya zichligiga erishish uchun imkoniyatga ega, bu esa qurilmalarning chidamliligini sezilarli darajada oshiradi. Qattiq elektrolyte toza metall litri bilan salbiy elektrod sifatida ishlatishga imkon beradi, bu har bir birlik hajmini sezilarli darajada oshiradi. Qingdao-ning Xitoy Fanlar akademiyasining eksperimental ma'lumotlari shuni ko'rsatadiki, ularning qattiq shtatidagi batareya namunalar zichligi 500w \/ kg dan oshdi, bu esa Tesla Modelda ishlatiladigan 21700 ta energiya zichligi atigi 260w \/ kg.
Elektr transport vositalarini misol sifatida olib borish, haydash oralig'i har doim iste'molchilar e'tiboriga e'tibor qaratgan. KunPeng batareyasi, 2025 yilda 400-dan \/ kg gacha bo'lgan energiya zichligi sifatida, 2027 yilda ishlab chiqarilgan 600w \/ kg ga teng. Agar bu maqsadlarga erishilgan bo'lsa, u elektr transport vositalaridan foydalanuvchilar tashvishlarini juda yaxshilaydi.
Haqiqiy diapazondagi qiyinchiliklar
Biroq, laboratoriyani amaliy dasturlar va amaliy batareyalar oralig'ida haligacha jiddiy davlat batareyalari haligacha muammolarga duch kelmoqda. Birinchidan, qattiq elektr energiyasi va elektrodlar o'rtasidagi aralashuv nisbatan taniqli bo'lib, u lityum ionlarini tez yuqtirish va batareya zaryadirini va zaryadirlash samaradorligiga ta'sir qiladi, shu bilan diapazonga salbiy ta'sir ko'rsatadi. Ikkinchidan, sulfid elektrolitlarining halokatli kamchiliklari, bu suvga duchor bo'lganda yuqori toksik vodorod sulfidini ishlab chiqaradi, balki batareyaning barqarorligi va ishonchliligi paytida xavfsizlik xavfini tug'diradi. Bundan tashqari, qattiq elektrolitlarni tayyorlashning past hosildorligi katta hajmdagi xarajatlarni katta miqyosda olib borishga olib keladi va bilvosita bozorda uzoq masofali afzalliklarini namoyish etish jarayoniga ta'sir qiladi.
Xulosa va prognoz
Xulosa qilib aytganda, qattiq davlat batareyalari xavfsizlik va assortimentida katta imkoniyatlarni namoyish etadi. Xavfsizlik nuqtai nazaridan ularning termal barqarorligi afzalliklari aniq va ular lityum deniti o'sishini inhibe qiladi, ular ko'p hollarda an'anaviy suyuqlikli lityum-ion batareyalaridan ko'ra xavfsizroq va ishonchli bo'lishi mumkin. Biroq, qattiq elektr energiyasining etishmovchiligi kabi ekstremal vaziyatlar yuzida, xavfsizlik xavfi hali ham mavjud. Rassomlik nuqtai nazaridan, yuqori energiya miqyosining nazariy ustunligi uzoq masofaga, ba'zi eksperimental ma'lumotlar va korporativ rejalarni istiqbolli istiqbollarni ko'rsatadi. Biroq, amaliy dasturlarda, interfeysga bo'ysunish, elektrolitlarning kamchiliklari va xarajatlari uzoq masofali afzalliklarini to'liq amalga oshirishga to'sqinlik qilmoqda.
Ko'plab qiyinchiliklarga duch kelganiga qaramay, ishonchli davlat batareyalari hali ham keyingi avlod batareyalarini rivojlantirishning muhim yo'nalishi sifatida qabul qilinadi.