مواد جدید برای سلولهای حالت جامد بهتر

چه مواد پیشرفته سلولهای حالت جامد را تغییر می دهند؟

تلاش برای باتری های حالت جامد برتر باعث شده است که محققان مجموعه متنوعی از مواد پیشرفته را کشف کنند. این ترکیبات و ترکیبات جدید مرزهای آنچه را که در فناوری ذخیره انرژی ممکن است وجود دارد.

الکترولیتهای مبتنی بر سولفید: جهشی به جلو در هدایت یونی

از جمله امیدوار کننده ترین مواد برایسلول باتری حالت جامدساخت و سازها الکترولیتهای مبتنی بر سولفید هستند. این ترکیبات مانند Li10Gep2S12 (LGPS) به دلیل هدایت یونی استثنایی آنها در دمای اتاق ، توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده اند. این ویژگی امکان شارژ سریعتر و تخلیه را فراهم می کند و به یکی از محدودیت های اصلی باتری های سنتی لیتیوم یون پرداخته می شود.

الکترولیتهای سولفید همچنین خواص مکانیکی مطلوبی را نشان می دهند و امکان تماس بهتر بین الکترولیت و الکترودها را فراهم می کنند. این رابط بهبود یافته مقاومت داخلی را کاهش می دهد و عملکرد کلی سلول را افزایش می دهد. با این حال ، چالش ها از نظر حساسیت آنها به رطوبت و هوا باقی مانده است ، و این امر نیاز به فرآیندهای دقیق تولید و محصور سازی دارد.

الکترولیتهای مبتنی بر اکسید: تعادل پایداری و عملکرد

الکترولیتهای مبتنی بر اکسید ، مانند LLZO (Li7LA3ZR2O12) ، یک جایگزین جالب برای مواد مبتنی بر سولفید ارائه می دهند. در حالی که به طور کلی از هدایت یونی پایین تر برخوردار است ، الکترولیتهای اکسید دارای ثبات شیمیایی و الکتروشیمیایی برتر هستند. این ثبات به عمر چرخه طولانی تر و بهبود ویژگی های ایمنی ترجمه می شود و آنها را برای کاربردهای در مقیاس بزرگ مانند وسایل نقلیه برقی جذاب می کند.

پیشرفت های اخیر در دوپینگ و نانوساختار الکترولیتهای اکسید منجر به پیشرفت قابل توجهی در هدایت یونی آنها شده است. به عنوان مثال ، LLZO آلومینیوم با دوپ نتایج امیدوارکننده نشان داده است ، و ضمن حفظ مزایای ایمنی ذاتی طرح های حالت جامد ، به سطح هدایت الکترولیتهای مایع نزدیک می شود.

سرامیک در مقابل الکترولیت های پلیمری: کدام عملکرد بهتر است؟

بحث بین الکترولیت های سرامیکی و پلیمری در فناوری باتری حالت جامد در حال انجام است و هر یک از آنها مزایا و چالش های منحصر به فردی را ارائه می دهد. درک ویژگی های این مواد برای تعیین مناسب بودن آنها برای برنامه های مختلف بسیار مهم است.

الکترولیتهای سرامیکی: هدایت زیاد اما شکننده

الکترولیتهای سرامیکی ، از جمله سولفید فوق الذکر و مواد مبتنی بر اکسید ، به طور کلی هدایت یونی بالاتری را در مقایسه با همتایان پلیمری خود ارائه می دهند. این امر به زمان شارژ سریعتر و تولید انرژی بالاتر ترجمه می شود و آنها را برای برنامه هایی که نیاز به انتقال سریع انرژی دارند ، ایده آل می کند.

با این حال ، ماهیت سفت و سخت الکترولیتهای سرامیکی از نظر تولید و ثبات مکانیکی چالش هایی را ارائه می دهد. شجاعت آنها می تواند منجر به ترک خوردگی یا شکستگی تحت استرس شود ، به طور بالقوه به خطر انداختن یکپارچگی اینسلول باتری حالت جامدبشر محققان در حال بررسی مواد کامپوزیت و تکنیک های جدید تولید برای کاهش این موضوعات هستند و ضمن حفظ هدایت بالای الکترولیتهای سرامیکی.

الکترولیت های پلیمری: انعطاف پذیر و آسان برای پردازش

الکترولیتهای پلیمری از نظر انعطاف پذیری و سهولت پردازش مزایای مختلفی را ارائه می دهند. این مواد را می توان به راحتی در شکل ها و اندازه های مختلف قالب ریزی کرد و امکان آزادی طراحی بیشتر در ساخت باتری را فراهم می آورد. انعطاف پذیری ذاتی آنها همچنین به حفظ تماس خوب بین الکترولیت و الکترودها کمک می کند ، حتی اگر باتری در طی چرخه شارژ و تخلیه تغییر کند.

اشکال اصلی الکترولیت های پلیمری به طور سنتی هدایت یونی پایین تر آنها در مقایسه با سرامیک بوده است. با این حال ، پیشرفت های اخیر در علم پلیمر منجر به توسعه مواد جدید با هدایت قابل توجهی بهبود یافته است. به عنوان مثال ، الکترولیتهای پلیمری مرتبط با نانوذرات سرامیکی نتایج امیدوار کننده ای را نشان داده اند و انعطاف پذیری پلیمرها را با هدایت بالای سرامیک ترکیب می کنند.

چگونه کامپوزیت های گرافن عملکرد سلول حالت جامد را افزایش می دهند

گرافن ، مواد شگفت انگیز قرن بیست و یکم ، در فناوری باتری حالت جامد در حال پیشرفت است. خواص منحصر به فرد آن برای تقویت جنبه های مختلف از آن استفاده می شودسلول باتری حالت جامدعملکرد.

هدایت الکترود بهبود یافته و پایداری

ترکیب گرافن در مواد الکترود پیشرفتهای چشمگیری در هدایت الکترونیکی و یونی نشان داده است. این رسانایی پیشرفته انتقال سریعتر بار را تسهیل می کند ، و در نتیجه باعث بهبود چگالی قدرت و کاهش مقاومت داخلی می شود. علاوه بر این ، استحکام مکانیکی گرافن به حفظ یکپارچگی ساختاری الکترودها در طی چرخه های مکرر بار تخلیه کمک می کند و منجر به ثبات طولانی مدت بهتر و عمر چرخه می شود.

محققان نشان داده اند که کاتدهای تقویت شده با گرافن ، مانند آنهایی که از فسفات آهن لیتیوم (LifePO4) همراه با گرافن استفاده می کنند ، توانایی نرخ بالایی و حفظ ظرفیت را در مقایسه با همتایان معمولی خود نشان می دهند. این پیشرفت به توانایی گرافن در ایجاد یک شبکه رسانا در مواد الکترود ، تسهیل کننده الکترون و حمل و نقل کارآمد و یون نسبت داده می شود.

گرافن به عنوان یک لایه سطحی

یکی از چالش های مهم در طراحی باتری حالت جامد ، مدیریت رابط بین الکترولیت جامد و الکترودها است. گرافن به عنوان یک راه حل امیدوارکننده برای این مشکل در حال ظهور است. محققان با ترکیب یک لایه نازک از اکسید گرافن یا گرافن در رابط الکترود الکترولیت ، پیشرفت های قابل توجهی در پایداری و عملکرد سلولهای حالت جامد مشاهده کرده اند.

این لایه گرافن چندین هدف را ارائه می دهد:

1. این به عنوان یک بافر عمل می کند و در طول دوچرخه سواری تغییرات حجم را در خود جای داده و از لایه لایه جلوگیری می کند.

2. این باعث افزایش هدایت یونی در رابط می شود و انتقال یون صاف تر را تسهیل می کند.

3. این به سرکوب تشکیل لایه های سطحی نامطلوب کمک می کند که می تواند مقاومت داخلی را افزایش دهد.

کاربرد گرافن به این روش نوید خاصی در پرداختن به چالش های مرتبط با استفاده از آنوبهای فلزی لیتیوم در باتری های حالت جامد نشان داده است. فلز لیتیوم ظرفیت نظری فوق العاده بالایی را ارائه می دهد اما مستعد تشکیل دندریت و واکنش پذیری با الکترولیتهای جامد است. یک رابط گرافن با دقت مهندسی شده می تواند این مسائل را کاهش دهد و راه را برای سلولهای حالت جامد با چگالی پر انرژی هموار کند.

الکترولیتهای کامپوزیت با گرافن

فراتر از نقش آن در الکترودها و رابط ها ، گرافن نیز به عنوان یک افزودنی در الکترولیتهای جامد کامپوزیت مورد بررسی قرار می گیرد. محققان با ترکیب مقادیر کمی از اکسید گرافن یا گرافن در الکترولیتهای سرامیکی یا پلیمری ، پیشرفت هایی را در خصوصیات مکانیکی و الکتروشیمیایی مشاهده کرده اند.

در الکترولیت های پلیمری ، گرافن می تواند به عنوان یک ماده تقویت کننده عمل کند و قدرت مکانیکی مواد و پایداری بعدی را تقویت می کند. این امر به ویژه برای حفظ تماس خوب بین قطعات به عنوان چرخه باتری مفید است. علاوه بر این ، مساحت سطح بالا و هدایت گرافن می تواند شبکه های نفوذی را در الکترولیت ایجاد کند ، به طور بالقوه هدایت کلی یونی را افزایش می دهد.

برای الکترولیتهای سرامیکی ، افزودنیهای گرافن نوید در بهبود مقاومت و انعطاف پذیری شکستگی مواد را نشان داده اند. این یکی از محدودیت های اصلی الکترولیتهای سرامیکی - شکنندگی آنها - بدون اینکه به طور قابل توجهی هدایت یونی بالا را به خطر بیاندازد ، می پردازد.

پایان

توسعه مواد جدید برایسلول باتری حالت جامدفناوری به سرعت در حال پیشرفت است و نوید آینده ای از راه حل های ذخیره انرژی ایمن تر ، کارآمدتر و با ظرفیت بالاتر را می دهد. از الکترولیتهای سولفید و اکسید مبتنی بر ادغام گرافن در اجزای مختلف باتری ، این نوآوری ها راه را برای نسل بعدی باتری هایی که می توانند همه چیز را از تلفن های هوشمند گرفته تا هواپیماهای برقی فراهم کنند ، هموار می کند.

با ادامه تحقیقات و فرآیندهای تولید ، می توان انتظار داشت که باتری های حالت جامد با فناوری سنتی لیتیوم یون به طور فزاینده ای رقابتی شوند و در نهایت پیشی بگیرند. مزایای بالقوه از نظر ایمنی ، چگالی انرژی و طول عمر باعث می شود باتری های حالت جامد چشم انداز مهیج برای طیف گسترده ای از برنامه ها باشد.

اگر به دنبال ماندن در خط مقدم فناوری باتری هستید ، در مورد راه حل های حالت جامد برش ارائه شده توسط Ebattery در نظر بگیرید. تیم متخصصان ما به ارائه راه حل های پیشرفته ذخیره سازی انرژی متناسب با نیازهای خاص شما اختصاص داده شده است. برای کسب اطلاعات بیشتر یا بحث در مورد اینکه چگونه فناوری باتری حالت جامد ما می تواند به نفع پروژه شما باشد ، از دستیابی به ما دریغ نکنیدcathy@zyepower.comبشر بیایید آینده را به همراه فناوری پیشرفته حالت جامد قدرتمند کنیم!

منابع

1. ژانگ ، ل. ، و همکاران. (2022). "مواد پیشرفته برای باتری های حالت جامد: چالش ها و فرصت ها." انرژی طبیعت ، 7 (2) ، 134-151.

2. چن ، ر. ، و همکاران. (2021). "رابط های تقویت شده گرافن در باتری های لیتیوم با حالت جامد." مواد پیشرفته انرژی ، 11 (15) ، 2100292.

3. کیم ، J.G. ، و همکاران. (2023). "سولفید در مقابل الکترولیتهای اکسید: یک مطالعه مقایسه ای برای باتری های حالت جامد نسل بعدی." مجله منابع برق ، 545 ، 232285.

4. وانگ ، ی. ، و همکاران. (2020). "الکترولیت های کامپوزیت پلیمر و سرامیک برای باتری های لیتیوم حالت جامد: یک بررسی." مواد ذخیره سازی انرژی ، 33 ، 188-207.

5. لی ، X. ، و همکاران. (2022). "پیشرفت های اخیر در مواد مبتنی بر گرافن برای کاربردهای باتری حالت جامد." مواد کاربردی پیشرفته ، 32 (8) ، 2108937.