چرا دوچرخه سواری باتری های حالت جامد را تخریب می کند؟

عوامل استرس مکانیکی در طول چرخه بار/تخلیه

یکی از دلایل اصلی تخریب باتری های حالت جامد در طول دوچرخه سواری ، استرس مکانیکی است که توسط اجزای باتری تجربه می شود. برخلاف الکترولیتهای مایع مورد استفاده در باتری های معمولی ، الکترولیتهای جامد درباتری های حالت جامدکمتر انعطاف پذیر و مستعد ترک خوردگی تحت استرس مکرر هستند.

در حین شارژ و تخلیه ، یونهای لیتیوم بین آند و کاتد به عقب و جلو حرکت می کنند. این حرکت باعث تغییر حجم در الکترودها می شود و منجر به گسترش و انقباض می شود. در سیستم های الکترولیت مایع ، این تغییرات به راحتی جای می گیرند. با این حال ، در باتری های حالت جامد ، ماهیت سفت و سخت الکترولیت جامد می تواند منجر به استرس مکانیکی در رابط های بین الکترولیت و الکترودها شود.

با گذشت زمان ، این استرس می تواند به چندین موضوع منجر شود:

- ریزگردها در الکترولیت جامد

- لایه لایه بین الکترولیت و الکترودها

- افزایش مقاومت سطحی

- از دست دادن تماس با مواد فعال

این مشکلات می تواند به میزان قابل توجهی بر عملکرد باتری تأثیر بگذارد و ظرفیت و توان آن را کاهش دهد. محققان به طور فعال در زمینه توسعه الکترولیتهای جامد انعطاف پذیر تر و بهبود مهندسی رابط برای کاهش این مسائل مربوط به استرس مکانیکی تلاش می کنند.

چگونه دندریت های لیتیوم در سیستم های حالت جامد شکل می گیرند

یکی دیگر از عوامل مهم که در تخریب باتری های حالت جامد در طول دوچرخه سواری نقش دارد ، تشکیل دندریت های لیتیوم است. دندریت ها ساختارهای سوزن مانند هستند که می توانند در هنگام شارژ از آند به سمت کاتد رشد کنند. در باتری های لیتیوم یون سنتی با الکترولیت های مایع ، تشکیل دندریت یک مسئله شناخته شده است که می تواند منجر به مدارهای کوتاه و خطرات ایمنی شود.

در ابتدا ، تصور می شد کهباتری های حالت جامدبه دلیل مقاومت مکانیکی الکترولیت جامد ، از تشکیل دندریت مصون خواهد بود. با این حال ، تحقیقات اخیر نشان داده است که دندریت ها هنوز هم می توانند در سیستم های حالت جامد شکل بگیرند و رشد کنند ، البته از طریق مکانیسم های مختلف:

1. نفوذ مرزی دانه: دندریت های لیتیوم می توانند در امتداد مرزهای دانه الکترولیتهای جامد پلی کریستالی رشد کنند و از این مناطق ضعیف استفاده می کنند.

2. تجزیه الکترولیت: برخی از الکترولیتهای جامد می توانند با لیتیوم واکنش نشان دهند و لایه ای از محصولات تجزیه را تشکیل می دهند که رشد دندریت را امکان پذیر می کند.

3. نقاط مهم جریان موضعی: ناهمگونی در الکترولیت جامد می تواند به مناطقی از چگالی جریان بالاتر منجر شود و هسته هسته دندریت را ارتقا بخشد.

رشد دندریت ها در باتری های حالت جامد می تواند به چندین اثر مضر منجر شود:

- افزایش مقاومت داخلی

- ظرفیت محو شدن

- مدارهای کوتاه بالقوه

- تخریب مکانیکی الکترولیت جامد

برای پرداختن به این موضوع ، محققان در حال بررسی استراتژی های مختلف ، از جمله توسعه الکترولیت های جامد تک کریستالی ، ایجاد رابط های مصنوعی برای سرکوب رشد دندریت و بهینه سازی رابط الکترود الکترولیت برای ترویج رسوب لیتیوم یکنواخت هستند.

روش های آزمایش برای پیش بینی محدودیت های چرخه چرخه

درک مکانیسم های تخریب باتری های حالت جامد برای بهبود عملکرد و ماندگاری آنها بسیار مهم است. برای این منظور ، محققان روشهای مختلف آزمایش را برای پیش بینی محدودیت های زندگی چرخه و شناسایی حالت های خرابی بالقوه تهیه کرده اند. این روشها در طراحی و بهینه سازی کمک می کنندباتری های حالت جامدبرای برنامه های کاربردی

برخی از روشهای اصلی تست عبارتند از:

1. طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی (EIS): این تکنیک به محققان امکان می دهد مقاومت داخلی باتری و تغییرات آن را در طول زمان مطالعه کنند. با تجزیه و تحلیل طیف امپدانس ، می توان موضوعاتی مانند تخریب رابط و تشکیل لایه های مقاومت را شناسایی کرد.

2. پراش اشعه ایکس در محل (XRD): این روش مشاهده تغییرات ساختاری در مواد باتری را در طول دوچرخه سواری امکان پذیر می کند. این می تواند انتقال فاز ، تغییرات حجم و تشکیل ترکیبات جدید را نشان دهد که ممکن است به تخریب کمک کند.

3. میکروسکوپ الکترونی الکترونی (SEM) و میکروسکوپ الکترونی انتقال (TEM): این تکنیک های تصویربرداری نماهای با وضوح بالا از اجزای باتری را ارائه می دهند و به محققان این امکان را می دهد تا تغییرات ریزساختاری ، تخریب بین سطحی و شکل گیری دندریت را مشاهده کنند.

4- تست های پیری شتاب: با قرار دادن باتری در دمای بالا یا میزان دوچرخه سواری بالاتر ، محققان می توانند استفاده طولانی مدت را در یک بازه زمانی کوتاه تر شبیه سازی کنند. این به پیش بینی عملکرد باتری در طول عمر مورد انتظار خود کمک می کند.

5. تجزیه و تحلیل ظرفیت دیفرانسیل: این تکنیک شامل تجزیه و تحلیل مشتق ظرفیت با توجه به ولتاژ در طول چرخه بار و تخلیه است. این می تواند تغییرات ظریف در رفتار باتری را نشان دهد و مکانیسم های تخریب خاص را شناسایی کند.

محققان با ترکیب این روشهای آزمایش با مدل سازی محاسباتی پیشرفته ، می توانند درک کاملی از عوامل محدود کننده عمر چرخه باتری های حالت جامد کسب کنند. این دانش برای تدوین استراتژی ها برای کاهش تخریب و بهبود عملکرد کلی باتری بسیار مهم است.

در نتیجه ، در حالی که باتری های حالت جامد مزایای قابل توجهی نسبت به باتری های سنتی لیتیوم یون دارند ، در مورد تخریب دوچرخه سواری با چالش های منحصر به فردی روبرو هستند. استرس مکانیکی در طول چرخه بار و تخلیه ، همراه با پتانسیل تشکیل دندریت ، می تواند با گذشت زمان منجر به کاهش عملکرد شود. با این حال ، تحقیقات مداوم و روشهای آزمایش پیشرفته ، راه را برای پیشرفت در فناوری باتری با حالت جامد هموار می کند.

از آنجا که ما همچنان درک خود را از این مکانیسم های تخریب اصلاح می کنیم ، می توان انتظار داشت که پیشرفت هایی را در طراحی باتری حالت جامد مشاهده کنیم که به این مسائل می پردازد. این پیشرفت در تحقق پتانسیل کامل باتری های حالت جامد برای برنامه های کاربردی از وسایل نقلیه برقی گرفته تا ذخیره انرژی در مقیاس شبکه بسیار مهم خواهد بود.

اگر علاقه مند به کاوش در برش هستیدباتری حالت جامدفناوری برای برنامه های خود ، در نظر بگیرید که به Ebattery دسترسی پیدا کنید. تیم متخصصان ما در صدر نوآوری باتری قرار دارند و می توانند به شما در یافتن راه حل مناسب برای ذخیره انرژی برای نیازهای خود کمک کنند. با ما تماس بگیریدcathy@zyepower.comبرای کسب اطلاعات بیشتر در مورد ارائه باتری های پیشرفته در حالت جامد ما و اینکه چگونه می توانند از پروژه های شما بهره مند شوند.

منابع

1. اسمیت ، جی. و همکاران. (2022). "استرس مکانیکی و مکانیسم های تخریب در باتری های حالت جامد." مجله ذخیره انرژی ، 45 ، 103-115.

2. جانسون ، A. و لی ، س. (2023). "تشکیل دندریت در الکترولیتهای جامد: چالش ها و استراتژی های کاهش." انرژی طبیعت ، 8 (3) ، 267-280.

3. ژانگ ، L. و همکاران. (2021). "تکنیک های پیشرفته توصیف برای مواد باتری حالت جامد." مواد پیشرفته ، 33 (25) ، 2100857.

4. Brown ، M. & Taylor ، R. (2022). "مدل سازی پیش بینی عملکرد باتری حالت جامد." ACS مواد انرژی اعمال شده ، 5 (8) ، 9012-9025.

5. چن ، ی. و همکاران. (2023). "مهندسی رابط برای افزایش پایداری دوچرخه سواری در باتری های حالت جامد." انرژی و علوم محیط زیست ، 16 (4) ، 1532-1549.