Sevgili dostum,
Herhangi bir sorunuz veya sorunuz varsa, bana buradan ulaşmaktan çekinmeyin. Bizimle şu yolla da iletişime geçebilirsiniz:
📞 WhatsApp: +86 18925002618
✉️ E-posta: [email protected]
Lütfen e-posta kimliğinizi ve WhatsApp numaranızı bırakın, size en kısa sürede geri döneceğiz!
Katı hal bataryası - nihai genel bakış ve kılavuz
Yeni enerji teknolojilerinin hızla gelişmesiyle birlikte, büyük potansiyele sahip yeni bir enerji depolama cihazı türü olan katı hal bataryaları, laboratuvardan sanayileşmeye doğru yavaş yavaş ilerlemektedir. Yüksek enerji yoğunluğu, üstün güvenlik performansı ve uzun çevrim ömrü ile dünya çapında dikkat çekmiştir.
Bu makale, aşağıdakilere genel bakış, ilkeler, avantajlar ve dezavantajlar hakkında kapsamlı bir rehber sağlayacaktır akü katı hal.
Katı hal bataryası nedir?
Katı hal bataryası, katı bir elektrot ve katı bir elektrolit kullanan bir batarya türüdür. Katı hal bataryasının negatif elektrot malzemesi, nano silikon ve grafitten oluşan kompozit bir negatif elektrot olabilir ve katot malzemeleri lityum manganat, lityum bakımından zengin manganat bazlı malzemeler veya lityum olmayan katot malzemeleri olabilir. Elektrolit, 300 ila 450 watt-saat/kg enerji yoğunluğuna sahip katı bir elektrolittir.
Katı hal bataryası, elektrolitin yerini almak için katı elektrolitler kullanır ve lityum pil ayırıcıdaha güvenli, daha yüksek enerji yoğunluğuna ve daha güçlü çevrim performansına sahip olan ve yeni nesil güç bataryalarının ana araştırma ve geliştirme yönü haline gelmiştir.
Elektrolit malzemelerine dayalı olarak, katı hal bataryaları polimer, oksit, sülfit üç elektrolit olarak ayrılabilir. Farklı negatif elektrot türlerine göre, katı hal lityum piller tamamen katı hal lityum iyon piller ve tamamen katı hal lityum metal piller olarak ikiye ayrılabilir.
Batarya katı halinin iyon iletim mekanizması
Katı elektrolit genellikle inorganik katı elektrolit ve polimer bazlı katı elektrolit olarak ikiye ayrılır. İnorganik katı elektrolitlerin kristal malzemelerindeki iyon göçü genellikle kristal yapıdaki kusurların konsantrasyonuna ve dağılımına bağlı olan Arrhenius formülünü takip eder. Schottky ve Frenkel nokta kusurlarına dayanan iyon difüzyon mekanizması, basit boşluk difüzyonu ve nispeten karmaşık bivakans mekanizması, boşluk mekanizması ve boşluk-yer değiştirme mekanizmasını içerir.
Katı polimer elektrolit genellikle polimer matris ve lityum tuzunun düzgün bir karışımından oluşan katı bir çözeltidir. İnorganik katı elektrolit ile karşılaştırıldığında, polimer katı elektrolit iyi yumuşaklık, yüksek viskozite, düşük maliyet ve kolay işleme avantajlarına sahiptir.
Polimer elektrolitteki C = O, C = N, -O -, bir S -, vb. gibi polar gruplar, lityum tuzlarının çözünmesini teşvik etmek ve serbestçe hareket eden iyonlar üretmek için lityum iyonlarıyla koordine olabilir. Şu anda, çoğu çalışma polimer elektrolitlerdeki iyon taşınımının esas olarak Tg'nin üzerindeki amorf bölgede gerçekleştiğine inanmaktadır, bu nedenle zincir segmentlerinin hareket kabiliyeti de verimli iyon taşınımının anahtarıdır.
Katı hal lityum pillerin avantajları
İyi güvenlik
Katı hal lityum pilde yanıcı organik elektrolit tamamen terk edilmiştir, bu nedenle elektrolit sızıntısını ve elektrolit ayrışmasının, gazlaşmanın, yanmanın ve diğer güvenlik tehlikelerinin aşırı şarjını veya aşırı deşarjını ortadan kaldırabilir. Katı elektrolitin yüksek termal ayrışma sıcaklığı, termal istismar durumunda polimer membranın deformasyon veya ayrışma riskini ortadan kaldırabilir.
Buna ek olarak, katı elektrolit, özellikle inorganik katı elektrolit, yüksek bir Young modülüne sahiptir ve bu da aşağıdaki riskleri azaltabilir dahili kısa devre Katı elektrolit iyi termal stabiliteye ve pozitif ve negatif elektrotlara karşı düşük reaktiviteye sahipken, lityum dendritlerin büyümesinden kaynaklanır ve termal kaçak riskini azaltabilen zincirleme reaksiyonlar üretmek kolay değildir. Bu nedenle, tamamen katı hal lityum piller yüksek güvenlik özelliklerine sahiptir.
Yüksek enerji yoğunluğu
Katı elektrolitlerin yüksek güvenliği, yüksek özgül enerjili lityum metal anodun katı hal bataryasında uygulanmasını mümkün kılmaktadır. Katı hal bataryası, katı hal elektrolitinin akışkan olmaması nedeniyle iki kutuplu istiflemeyi gerçekleştirebilir ve bu da akü üretimi ve dış ambalaj gibi elektrokimyasal olarak aktif olmayan bileşenlerin oranını azaltır.
Ayrıca, katı hal bataryaları geniş bir sıcaklık aralığında çalışabilir ve böylece sıcaklık kontrol sistemini basitleştirir. Yüksek kapasiteli lityum metal katot ve kompakt pil yapısı birlikte katı hal lityum pillere enerji yoğunluğu açısından potansiyel avantajlar sağlar.
Yüksek güç yoğunluğu
Sıvı organik elektrolitteki lityum iyon konsantrasyonu (1-2 mol dm-3) ve iyon göç sayısı düşüktür (yaklaşık 0,4-0,5) ve anyon ve katyonların yetersiz göç hızı, yüksek akım yoğunluğu koşullarında şarj ve deşarj sırasında iyon konsantrasyon gradyanına yol açar, bu nedenle sürekli ve hızlı iyon taşınımı sağlayamaz.
Buna karşın, inorganik katı elektrolitler genellikle yüksek lityum iyonu konsantrasyonuna (Li10GeP2S12 elektrolitinde yaklaşık 35 mol dm-3) ve yüksek iyon geçiş sayısına (1'e yakın) sahiptir ve yüksek akım yoğunluğunda çalışırken yine de sürekli ve hızlı iyon iletimi sağlayabilir. Bu nedenle, katı hal lityum piller çıkış gücü açısından potansiyel avantajlara sahiptir.
Uzun çalışma ömrü
Geniş çalışma sıcaklığı aralığı
Katı hal lityum pillerin dezavantajları
Malzeme ucunun iyonik iletkenliği düşüktür
Yüksek maliyet
Katı hal bataryalarının maliyeti sıvı bataryalara göre daha yüksektir ve bunun başlıca nedeni katı hal elektrolitleri ile pozitif ve negatif elektrotlardır.
Katı elektrolitin inceltilmesi şu anda zordur. Kullanılan nadir metal hammaddelerinden bazılarının fiyatı nispeten yüksektir. Örneğin, oksit elektrolit zirkonyum, sülfit elektrolit germanyum içerir ve yüksek enerji yoğunluğunun süperpozisyonunda kullanılan son derece aktif pozitif ve negatif elektrot malzemeleri olgunlaşmamıştır.
Bakır lityum kompozit kayış fiyatı 10.000 yuan /kg'dır, bu nedenle katı hal ayrıca üretim süreci, maliyet ve kalite kontrolü konusunda daha katı gereksinimler ortaya koymaktadır.
Sonuç
Özetle, katı hal pilleri, önemli performans avantajları ile yüksek teknolojinin gelişim yönü haline gelmiştir. akü performansi teknolojisine dönüşecektir. Teknik zorluklara ve ekonomik sorunlara rağmen, küresel araştırma ve geliştirmenin hızlanması ve yeni malzeme sistemlerinin sürekli optimizasyonu ile katı hal pillerinin yakın gelecekte ticari uygulamalara ulaşması ve birçok alanda devrim niteliğinde değişiklikler getirmesi beklenmektedir.