چگونه می توان مقاومت داخلی باتری های حالت نیمه جامد را کاهش داد؟

نوآوری های فن آوری درباتری های نیمه جامد برای هواپیماهای بدون سرنشینبه طور مداوم مقاومت داخلی را کاهش داده و ضخامت لایه را بهینه کنید. از حمل و نقل یون میکروسکوپی گرفته تا نوآوری های ساختاری ماکروسکوپی ، باتری های نیمه جامد در حال تعریف مجدد استانداردهای عملکرد ذخیره انرژی از طریق پیشرفت های هم افزایی در کاهش مقاومت داخلی و بهینه سازی ضخامت لایه هستند.

چگونه الکترولیتهای نیمه جامد مقاومت سطحی را کاهش می دهند؟

1. درک کلید بهباتری های نیمه جامدمقاومت داخلی پایین S در ترکیب الکترولیت نوآورانه آنها نهفته است ، که با طراحی باتری سنتی تفاوت قابل توجهی دارد. در حالی که باتری های معمولی به طور معمول از الکترولیت های مایع استفاده می کنند ، باتری های نیمه جامد از الکترولیتهای مانند ژل یا خمیر استفاده می کنند که مزایای بی شماری در کاهش مقاومت داخلی دارند. این حالت نیمه جامد منحصر به فرد ، بهره وری را به حداکثر می رساند و با به حداقل رساندن عواملی که باعث از بین رفتن انرژی می شوند ، طول باتری را افزایش می دهد.

2. مقاومت داخلی پایین باتری های نیمه جامد ناشی از تعادل ظریف بین هدایت یونی و تماس با الکترود است. در حالی که الکترولیتهای مایع به طور کلی هدایت یونی بالایی دارند ، ماهیت سیال آنها می تواند منجر به تماس ضعیف الکترود شود. در مقابل ، الکترولیتهای جامد تماس الکترود عالی را فراهم می کنند اما اغلب با هدایت یونی کم مبارزه می کنند.

3 در باتری های نیمه جامد ، ویسکوزیته ژل مانند الکترولیت یک رابط پایدار و یکنواخت تر با الکترودها ترویج می کند. بر خلاف الکترولیتهای مایع ، الکترولیتهای نیمه جامد تماس برتر بین سطوح الکترود و الکترولیت را تضمین می کنند. این تماس پیشرفته ، تشکیل لایه های مقاومت را به حداقل می رساند ، انتقال یون را تقویت می کند و مقاومت داخلی باتری را کاهش می دهد.

4. ماهیت نیمه جامد الکترولیت به رفع چالش های مرتبط با گسترش الکترود و انقباض در طول چرخه بار و تخلیه کمک می کند. ساختار ژل مانند پایداری مکانیکی اضافی را فراهم می کند ، و اطمینان می دهد که مواد الکترود دست نخورده باقی مانده و حتی در زیر تنش های مختلف هم تراز می شوند.

طراحی ضخامت لایه های الکترود در باتری های نیمه جامد

از لحاظ تئوریکی ، الکترودهای ضخیم تر می توانند انرژی بیشتری را ذخیره کنند ، اما در مورد حمل و نقل یونی و هدایت نیز چالش هایی را ایجاد می کنند. با افزایش ضخامت الکترود ، یون ها باید مسافت های بیشتری را طی کنند ، که به طور بالقوه منجر به مقاومت داخلی بالاتر و کاهش توان خود می شود.

بهینه سازی ضخامت لایه های باتری نیمه جامد ، نیاز به تعادل چگالی انرژی با تولید برق دارد. رویکردها عبارتند از:

1. در حال توسعه ساختارهای جدید الکترود که حمل و نقل یونی را تقویت می کنند

2. ترکیب مواد افزودنی رسانا برای بهبود هدایت

3. استفاده از تکنیک های پیشرفته تولید برای ایجاد سازه های متخلخل در الکترودهای ضخیم تر

4. اجرای طرح های شیب که ترکیب ضخامت الکترود و چگالی متفاوت است

ضخامت بهینه برای لایه های باتری نیمه جامد در نهایت بستگی به نیازهای خاص کاربردی و معاملات بین چگالی انرژی ، تولید برق و امکان سنجی دارد.

طراحی ضخامت لایه باتری های نیمه جامد به طور مشابه خرد متعارف را خراب می کند.

با دستیابی به تعادل ظریف بین لایه های الکترولیت نازک و لایه های الکترود ضخیم ، همزمان هم چگالی انرژی و هم عملکرد انرژی را افزایش می دهد. این معماری نوآورانه "الکترولیت نازک + ضخیم" به عنوان یک مشخصه مشخص که آن را از باتری های معمولی متمایز می کند.

لایه الکترولیت به سمت طرح های فوق العاده نازک و با راندمان بالا تکامل می یابد.

ضخامت کل الکترولیت در باتری های نیمه جامد به طور معمول بین 10-30μm کنترل می شود ، که تنها 1/3 تا 1/5 ضخامت کامپوزیت جداکننده و الکترولیت را در باتری های مایع سنتی نشان می دهد. اجزای اسکلت حالت جامد 5-15μm ضخامت دارد و اجزای مایع شکاف ها را به عنوان فیلمهای نانو پر می کنند تا یک شبکه حمل و نقل یون مداوم را تشکیل دهند.

تحقیقات نشان می دهد که حفظ نسبت ضخامت الکترود به الکترولیت بین 10: 1 و 20: 1 به تعادل بهینه بین چگالی انرژی و عملکرد قدرت می رسد. این امر باعث افزایش چگالی انرژی از طریق الکترودهای ضخیم و در عین حال حمل و نقل سریع یون از طریق الکترولیتهای نازک می شود. این نسبت بهینه شده ، باتری های نیمه جامد را قادر می سازد تا در هر بار در زمان عملیاتی به جهشی برسند-با استفاده از 25 دقیقه به 55 دقیقه در برنامه هایی مانند هواپیماهای بدون سرنشین کشاورزی-در حالی که قابلیت های شارژ سریع عالی را حفظ می کنند.

نتیجه گیری:

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 تحقیقات و توسعه در این زمینه به پیشرفت خود ادامه می دهد ، می توان انتظار داشت که شاهد پیشرفت های بیشتر در عملکرد باتری های نیمه جامد باشیم ، به طور بالقوه در صنایع مختلفی که به راه حل های ذخیره انرژی کارآمد و قابل اعتماد متکی هستند ، متحول می شود.