چرا باتری های نیمه جامد مقاومت داخلی کمتری دارند؟

باتری های نیمه جامدبه دلیل خاصیت منحصر به فرد و مزایای بالقوه آنها نسبت به باتری های سنتی لیتیوم یون ، در صنعت ذخیره انرژی مورد توجه قابل توجهی قرار گرفته اند. یکی از مهمترین ویژگی های باتری های نیمه جامد مقاومت داخلی پایین آنها است که به بهبود عملکرد و کارآیی کمک می کند. در این مقاله دلایل این پدیده و پیامدهای آن برای فناوری باتری را بررسی خواهیم کرد.

چگونه الکترولیتهای نیمه جامد مقاومت سطحی را کاهش می دهند؟

کلید درک مقاومت داخلی پایین ترباتری های نیمه جامددر ترکیب الکترولیت نوآورانه آنها نهفته است ، که به طور قابل توجهی با طراحی باتری سنتی متفاوت است. در حالی که باتری های معمولی به طور معمول از الکترولیت های مایع استفاده می کنند ، باتری های نیمه جامد شامل یک الکترولیت مانند ژل یا خمیر مانند هستند که مزایای بی شماری را در کاهش مقاومت داخلی فراهم می کند. این حالت نیمه جامد منحصر به فرد باعث افزایش کارایی و طول عمر باتری با به حداقل رساندن عواملی که در کاهش انرژی کمک می کند ، افزایش می یابد.

یکی از چالش های اصلی در باتری های الکترولیت مایع سنتی تشکیل یک لایه interphase الکترولیت جامد (SEI) در رابط بین الکترود و الکترولیت است. اگرچه لایه SEI برای تثبیت باتری و جلوگیری از واکنش های جانبی ناخواسته ضروری است ، اما می تواند مانعی برای جریان صاف یون ها ایجاد کند. این سد منجر به افزایش مقاومت داخلی و کاهش عملکرد و کارآیی باتری با گذشت زمان می شود.

در باتری های نیمه جامد ، قوام ژل مانند الکترولیت یک رابط پایدار و یکنواخت تر با الکترودها را ترویج می کند. بر خلاف الکترولیتهای مایع ، الکترولیت نیمه جامد تماس بهتر بین سطوح الکترود و الکترولیت را تضمین می کند. این تماس بهبود یافته ، تشکیل لایه های مقاومت را به حداقل می رساند ، باعث افزایش انتقال یون و کاهش مقاومت داخلی کل باتری می شود.

علاوه بر این ، ماهیت نیمه جامد الکترولیت به رفع چالش های مربوط به گسترش الکترود و انقباض در طی چرخه شارژ و تخلیه کمک می کند. ساختار ژل مانند پایداری مکانیکی اضافه شده را فراهم می کند ، و اطمینان می دهد که مواد الکترود دست نخورده و تراز باقی مانده ، حتی تحت استرس متفاوت. این ثبات نقش مهمی در حفظ مقاومت داخلی پایین در طول طول عمر باتری دارد و منجر به عملکرد بهتر و عمر عملیاتی طولانی تر در مقایسه با انواع باتری معمولی می شود. در نتیجه ، الکترولیت نیمه جامد نه تنها جریان یون را بهبود می بخشد بلکه فواید ساختاری را نیز ارائه می دهد و در نتیجه یک باتری کارآمدتر ، پایدار و بادوام تر ایجاد می شود.

هدایت یونی در مقابل الکترود تماس: مزایای اصلی طرح های نیمه جامد

مقاومت داخلی پایین تر ازباتری های نیمه جامدمی توان به تعادل ظریف بین هدایت یونی و تماس با الکترود نسبت داد. در حالی که الکترولیتهای مایع به طور کلی هدایت یونی بالایی را ارائه می دهند ، به دلیل ماهیت سیال ممکن است از تماس با الکترود ضعیف رنج بکشند. در مقابل ، الکترولیتهای جامد تماس الکترود عالی را فراهم می کنند اما اغلب با هدایت یونی پایین تر می جنگند.

الکترولیتهای نیمه جامد تعادل منحصر به فردی بین این دو افراط دارند. آنها هدایت یونی کافی را برای تسهیل انتقال کارآمد یون حفظ می کنند و در عین حال با الکترولیتهای مایع تماس با الکترود برتر نیز فراهم می کنند. این ترکیب منجر به چندین مزیت کلیدی می شود:

1. حمل و نقل یون پیشرفته: قوام ژل مانند الکترولیتهای نیمه جامد امکان حرکت کارآمد یون را در عین حفظ تماس نزدیک با سطوح الکترود فراهم می کند.

2. کاهش تخریب الکترود: رابط پایدار بین الکترولیت نیمه جامد و الکترودها به به حداقل رساندن واکنشهای جانبی کمک می کند که می تواند منجر به تخریب الکترود و افزایش مقاومت در طول زمان شود.

3. ثبات مکانیکی بهبود یافته: الکترولیتهای نیمه جامد پشتیبانی مکانیکی بهتری به الکترودها ارائه می دهند و خطر تخریب فیزیکی و حفظ عملکرد مداوم را کاهش می دهند.

4- توزیع جریان یکنواخت: ماهیت همگن الکترولیتهای نیمه جامد باعث توزیع جریان یکنواخت تر در سطح الکترود می شود و باعث کاهش بیشتر مقاومت داخلی می شود.

این مزایا به مقاومت داخلی پایین مشاهده شده در باتری های نیمه جامد کمک می کند و آنها را به گزینه ای جذاب برای برنامه های مختلف که نیاز به راه حل های ذخیره انرژی با کارایی بالا دارند ، تبدیل می کند.

آیا مقاومت داخلی پایین باعث افزایش سریع در باتری های نیمه جامد می شود؟

یکی از جالب ترین پیامدهای مقاومت داخلی پایین درباتری های نیمه جامدتأثیر بالقوه آن بر قابلیت های شارژ سریع است. رابطه بین مقاومت داخلی و سرعت شارژ در عملکرد باتری بسیار مهم است ، به خصوص در برنامه هایی که شارژ سریع ضروری است.

مقاومت داخلی پایین به طور مستقیم با بهبود قابلیت شارژ سریع به دلایل مختلف ارتباط دارد:

1. کاهش گرما: مقاومت داخلی بالاتر منجر به افزایش تولید گرما در هنگام شارژ می شود که می تواند سرعت شارژ را برای جلوگیری از آسیب محدود کند. با مقاومت کمتری ، باتری های نیمه جامد می توانند جریان های شارژ بالاتر را با ساخت حرارت کمتری تحمل کنند.

2. بهبود بهره وری انتقال انرژی: مقاومت پایین تر به این معنی است که انرژی کمتری به عنوان گرما در طی فرآیند شارژ از بین می رود و امکان انتقال انرژی کارآمدتر از شارژر به باتری را فراهم می آورد.

3. مهاجرت سریعتر یون: خصوصیات منحصر به فرد الکترولیتهای نیمه جامد حرکت سریع تر یون بین الکترودها را تسهیل می کند و امکان پذیرش سریعتر بار را فراهم می کند.

4- کاهش ولتاژ کاهش یافته: مقاومت داخلی پایین منجر به افت ولتاژ کوچکتر در بارهای جریان زیاد می شود و به باتری اجازه می دهد تا در چرخه شارژ سریع ولتاژ بالاتر را حفظ کند.

این عوامل برای ایجاد باتری های نیمه جامد به ویژه برای برنامه های شارژ سریع ترکیب می شوند. از نظر عملی ، این می تواند به میزان قابل توجهی در زمان شارژ برای وسایل نقلیه برقی ، دستگاه های تلفن همراه و سایر فناوری های باتری کاهش یابد.

با این حال ، توجه به این نکته حائز اهمیت است که در حالی که مقاومت داخلی پایین یک عامل مهم در امکان شارژ سریع است ، سایر ملاحظات مانند طراحی الکترود ، مدیریت حرارتی و شیمی کل باتری نیز نقش مهمی در تعیین قابلیت های شارژ سریع سریع یک سیستم باتری دارند.

مقاومت داخلی پایین باتری های نیمه جامد نشان دهنده پیشرفت قابل توجهی در فناوری ذخیره انرژی است. با ترکیب مزایای الکترولیت های مایع و جامد ، طرح های نیمه جامد یک راه حل امیدوارکننده برای بسیاری از چالش های پیش روی فن آوری های باتری سنتی ارائه می دهند.

از آنجا که تحقیق و توسعه در این زمینه به پیشرفت خود ادامه می دهد ، می توان انتظار داشت که شاهد پیشرفت های بیشتری در این زمینه باشیمباتری های نیمه جامدعملکرد ، به طور بالقوه انقلابی در صنایع مختلف که به راه حل های ذخیره سازی انرژی کارآمد و قابل اعتماد متکی هستند.

اگر علاقه مند به کاوش در فن آوری های باتری برش برای برنامه های خود هستید ، در نظر بگیرید که به Ebattery دسترسی پیدا کنید. تیم متخصصان ما می توانند به شما در یافتن راه حل مناسب برای ذخیره انرژی متناسب با نیازهای خاص خود کمک کنند. با ما تماس بگیریدcathy@zyepower.comبرای کسب اطلاعات بیشتر در مورد محصولات نوآورانه باتری ما و اینکه چگونه می توانند از پروژه های شما بهره مند شوند.

منابع

1. ژانگ ، ل. ، و همکاران. (2021). "الکترولیتهای نیمه جامد برای باتری های لیتیوم یون با کارایی بالا: یک بررسی جامع." مجله ذخیره انرژی ، 35 ، 102295.

2. وانگ ، ی. ، و همکاران. (2020). "پیشرفت اخیر در باتری های نیمه جامد: از مواد گرفته تا دستگاه ها." مواد پیشرفته انرژی ، 10 (32) ، 2001547.

3. لیو ، جی. ، و همکاران. (2019). "مسیرهای عملی باتری های فلزی لیتیوم با انرژی بالا با انرژی بالا." انرژی طبیعت ، 4 (3) ، 180-186.

4. چنگ ، ​​X. B. ، و همکاران. (2017). "به سمت آند فلزی لیتیوم ایمن در باتری های قابل شارژ: یک بررسی." بررسی های شیمیایی ، 117 (15) ، 10403-10473.

5. مانتیرام ، ا. ، و همکاران. (2017). "شیمیایی باتری لیتیوم توسط الکترولیت های حالت جامد فعال شده است." طبیعت بررسی مواد ، 2 (4) ، 16103.