ማጠቃለያ
የሊቲየም-አዮን ባትሪዎች (LIBs) በጣም አስፈላጊ ከሆኑ የኢነርጂ ማከማቻ ቴክኖሎጂዎች አንዱ እንደሆኑ ይቆጠራሉ።የባትሪዎቹ የኢነርጂ እፍጋቶች እየጨመረ ሲሄድ ሃይሉ ሳይታሰብ ከተለቀቀ የባትሪ ደህንነት የበለጠ ወሳኝ ይሆናል።ከLIBs እሳትና ፍንዳታ ጋር የተያያዙ አደጋዎች በአለም አቀፍ ደረጃ በብዛት ይከሰታሉ።አንዳንዶቹ በሰው ህይወት እና ጤና ላይ ከባድ አደጋዎችን ፈጥረዋል እና በአምራቾች ብዙ ምርቶችን እንዲያስታውሱ አድርጓቸዋል.እነዚህ ክስተቶች ደህንነት ለባትሪዎች ቅድመ ሁኔታ መሆኑን አስታዋሾች ናቸው፣ እና ከባድ የሆኑ ጉዳዮች ወደፊት ከፍተኛ ኃይል ያላቸው የባትሪ ስርዓቶችን ከመተግበሩ በፊት መፍታት አለባቸው።ይህ ግምገማ የኤልቢቢ ደህንነት ጉዳዮችን መነሻዎች ማጠቃለል እና የ LIB ደህንነትን ለማሻሻል በቅርብ ጊዜ የቁሳቁስ ዲዛይን ቁልፍ መሻሻልን ለማጉላት ያለመ ነው።ይህ ግምገማ በባትሪ ደህንነት ላይ በተለይም ለታዳጊ LIBs ከፍተኛ ኃይል ያለው መሻሻልን እንደሚያበረታታ እንጠብቃለን።
የሊብ ደህንነት ጉዳዮች አመጣጥ
በ LIBs ውስጥ ያለው ኦርጋኒክ ፈሳሽ ኤሌክትሮላይት በውስጣዊ ተቀጣጣይ ነው።በኤልቢቢ ስርዓት ውስጥ ካሉት እጅግ አስከፊ ችግሮች መካከል አንዱ የሚፈነዳ የሙቀት መሸሽ ክስተት ነው፣ ይህም የባትሪ ደህንነት ስጋት ዋነኛ መንስኤ ተደርጎ ይወሰዳል።በአጠቃላይ የሙቀት መሸሽ (thermal runaway) የሚከሰተው ከቁጥጥር ውጭ የሆነ ውጫዊ ምላሽ (exothermic reaction) ሲወጣ ነው።የባትሪው ሙቀት ከ ~ 80 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በላይ ሲጨምር፣ በባትሪዎቹ ውስጥ ያለው የኤክሰትሮሚክ ኬሚካላዊ ምላሽ መጠን ይጨምራል እናም ህዋሱን የበለጠ ያሞቀዋል ፣ ይህም የአዎንታዊ ግብረመልስ ዑደት ያስከትላል።ያለማቋረጥ እየጨመረ ያለው የሙቀት መጠን እሳትን እና ፍንዳታን ሊያስከትል ይችላል, በተለይም ለትልቅ የባትሪ ጥቅሎች.ስለዚህ የሙቀት መሸሽ መንስኤዎችን እና ሂደቶችን መረዳቱ የኤልቢቢዎችን ደህንነት እና አስተማማኝነት ለማሻሻል የተግባር ቁሳቁሶችን ንድፍ ሊመራ ይችላል.የሙቀት አማቂው ሂደት በሦስት ደረጃዎች ሊከፈል ይችላል ፣ምስል 1.
ምስል 1 ለሙቀት መሸሽ ሂደት ሶስት ደረጃዎች.
ደረጃ 1: ከመጠን በላይ ማሞቅ ይጀምራል.ባትሪዎቹ ከተለመደው ወደ መደበኛ ሁኔታ ይለወጣሉ, እና የውስጥ ሙቀት መጨመር ይጀምራል.ደረጃ 2: የሙቀት ክምችት እና የጋዝ መለቀቅ ሂደት.የውስጣዊው የሙቀት መጠን በፍጥነት ይጨምራል, እና ባትሪው ከመጠን በላይ የሆነ ምላሽ ይሰጣል.ደረጃ 3: ማቃጠል እና ፍንዳታ.የሚቀጣጠለው ኤሌክትሮላይት ይቃጠላል፣ ወደ እሳት አልፎ ተርፎም ፍንዳታ ይመራል።
የሙቀት መጨመር መጀመሪያ (ደረጃ 1)
የሙቀት መሸሽ የሚጀምረው የባትሪውን ስርዓት ከመጠን በላይ በማሞቅ ነው።የመጀመርያው ሙቀት ባትሪው ከተነደፈው የቮልቴጅ (ከመጠን በላይ መሙላት) በመሙላቱ ምክንያት ሊከሰት ይችላል, ለከፍተኛ ሙቀት መጋለጥ, በተሳሳቱ ሽቦዎች ምክንያት ውጫዊ አጫጭር ዑደትዎች, ወይም በሴል ጉድለቶች ምክንያት የውስጥ አጫጭር ዑደትዎች.ከነሱ መካከል, ውስጣዊ አጭርነት ለሙቀት መሸሽ ዋነኛው ምክንያት ነው እና ለመቆጣጠር በአንጻራዊነት ከባድ ነው.እንደ ውጫዊ የብረት ፍርስራሾች ወደ ውስጥ ዘልቆ መግባት ባሉ የሕዋስ መፍጫ ሁኔታዎች ውስጥ የውስጥ ማጠር ሊከሰት ይችላል።የተሽከርካሪ ግጭት;ሊቲየም dendrite በከፍተኛ የአሁኑ ጥግግት ቻርጅ, ከመጠን በላይ በሚሞላ ሁኔታዎች ወይም በዝቅተኛ የሙቀት መጠን መፈጠር;እና በባትሪ መገጣጠሚያ ወቅት የተፈጠሩ የተሳሳቱ መለያዎች፣ ጥቂቶቹን ለመጥቀስ።ለምሳሌ፣ በጥቅምት 2013 መጀመሪያ ላይ፣ በሲያትል አቅራቢያ የነበረ የቴስላ መኪና ጋሻውን እና የባትሪውን ጥቅል የወጋ የብረት ፍርስራሾችን መታ።ፍርስራሹ ወደ ፖሊመር ሴፓራተሮች ውስጥ ዘልቆ በመግባት ካቶድ እና አኖድ በቀጥታ በማገናኘት ባትሪው አጭር ዙር እና እሳትን እንዲይዝ አድርጓል;እ.ኤ.አ. በ 2016 ፣ የሳምሰንግ ኖት 7 የባትሪ እሳቶች ኃይለኛ በሆነው ultrathin መለያየት ምክንያት በቀላሉ በውጭ ግፊት ወይም በፖዘቲቭ ኤሌክትሮድ ላይ ያለው የብየዳ ፍንጣቂ ተጎድቷል ፣ ይህም ባትሪው አጭር ዑደት እንዲፈጠር አድርጓል።
በ 1 ኛ ደረጃ የባትሪ አሠራሩ ከተለመደው ወደ ያልተለመደ ሁኔታ ይለወጣል, እና ሁሉም ከላይ የተዘረዘሩት ጉዳዮች ባትሪው ከመጠን በላይ እንዲሞቅ ያደርገዋል.የውስጥ ሙቀት መጨመር ሲጀምር, ደረጃ 1 ያበቃል እና ደረጃ 2 ይጀምራል.
የሙቀት ክምችት እና የጋዝ መለቀቅ ሂደት (ደረጃ 2)
ደረጃ 2 ሲጀምር የውስጣዊው ሙቀት በፍጥነት ይጨምራል, እና ባትሪው የሚከተሉትን ምላሾች ያስገባል (እነዚህ ምላሾች በትክክለኛው ቅደም ተከተል አይከሰቱም, አንዳንዶቹም በአንድ ጊዜ ሊከሰቱ ይችላሉ)
(1) ጠንካራ ኤሌክትሮላይት ኢንተርፋዝ (SEI) ከመጠን በላይ በማሞቅ ወይም በአካል ውስጥ ዘልቆ በመግባት መበስበስ.የ SEI ንብርብር በዋናነት የተረጋጋ (እንደ LiF እና Li2CO3 ያሉ) እና ሜታስታብል [እንደ ፖሊመሮች፣ ROCO2Li፣ (CH2OCO2Li) እና ROLi] ክፍሎችን ያካትታል።ነገር ግን የሜታስታብል አካላት በከፍተኛ ሁኔታ በ>90 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ሊበሰብሱ እና ተቀጣጣይ ጋዞችን እና ኦክስጅንን ያስለቅቃሉ።(CH2OCO2Li) 2ን እንደ ምሳሌ እንውሰድ
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) በሲኢአይ መበስበስ ፣ የሙቀት መጠኑ ይጨምራል ፣ እና በአኖድ ውስጥ ያለው ሊቲየም ብረት ወይም የተጠላለፈ ሊቲየም በኤሌክትሮላይት ውስጥ ካሉ ኦርጋኒክ መሟሟቶች ጋር ምላሽ ይሰጣል ፣ ተቀጣጣይ የሃይድሮካርቦን ጋዞች (ኤታን ፣ ሚቴን እና ሌሎች)።ይህ የሙቀት መጠኑን ወደ ላይ የሚጨምር ውጫዊ ምላሽ ነው።
(3) መቼT> ~ 130 ° ሴ, ፖሊ polyethylene (PE) / polypropylene (PP) መለያየት ማቅለጥ ይጀምራል, ይህም ሁኔታውን የበለጠ ያበላሸዋል እና በካቶድ እና በአኖድ መካከል አጭር ዙር ይፈጥራል.
(4) በመጨረሻም, ሙቀት የሊቲየም ብረት ኦክሳይድ ካቶድ ንጥረ ነገር መበስበስ እና ኦክስጅንን ያስከትላል.LiCoO2ን እንደ ምሳሌ እንውሰድ ይህም ከ ~ 180 ° ሴ ጀምሮ ሊበሰብስ የሚችለው እንደሚከተለው ነው።
የካቶድ መፈራረስም ከፍተኛ የሙቀት መጠን እና ግፊቱን በመጨመር እና በዚህም ምክንያት ምላሾችን የበለጠ ያፋጥነዋል.
በ 2 ኛ ደረጃ, የሙቀት መጠኑ ይጨምራል እናም ኦክስጅን በባትሪዎች ውስጥ ይከማቻል.ለባትሪ ማቃጠል በቂ ኦክስጅን እና ሙቀት እንደተጠራቀመ የሙቀት አማቂው ሂደት ከደረጃ 2 ወደ ደረጃ 3 ይሄዳል።
ማቃጠል እና ፍንዳታ (ደረጃ 3)
በደረጃ 3, ማቃጠል ይጀምራል.የ LIBs ኤሌክትሮላይቶች ኦርጋኒክ ናቸው፣ እነሱም ከሞላ ጎደል ሁለንተናዊ የሳይክል እና የመስመር አልኪል ካርቦኔት ጥምረት ናቸው።ከፍተኛ ተለዋዋጭነት አላቸው እና በውስጣዊ በጣም ተቀጣጣይ ናቸው.በብዛት ጥቅም ላይ የዋለውን ካርቦኔት ኤሌክትሮላይት [የኤትሊን ካርቦኔት (ኢሲ) + ዲሜትል ካርቦኔት (ዲኤምሲ) (1፡1 በክብደት)] እንደ ምሳሌ ብንወስድ በክፍል ሙቀት 4.8 ኪፒኤ የሆነ የእንፋሎት ግፊት እና እጅግ በጣም ዝቅተኛ የፍላሽ ነጥብ ያሳያል። የ 25 ° ± 1 ° ሴ በ 1.013 ባር የአየር ግፊት.በደረጃ 2 ላይ ያለው የተለቀቀው ኦክሲጅን እና ሙቀት ተቀጣጣይ ኦርጋኒክ ኤሌክትሮላይቶችን ለማቃጠል አስፈላጊውን ቅድመ ሁኔታ ያቀርባል፣ በዚህም የእሳት ወይም የፍንዳታ አደጋዎችን ያስከትላል።
በደረጃ 2 እና 3፣ የ exothermic ግብረመልሶች በአዲያባቲክ አቅራቢያ ባሉ ሁኔታዎች ይከሰታሉ።ስለዚህ የተፋጠነ ተመን ካሎሪሜትሪ (ኤአርሲ) በስፋት ጥቅም ላይ የዋለ ቴክኒክ ሲሆን ይህም በLIBs ውስጥ ያለውን አካባቢን የሚያስመስል ሲሆን ይህም ስለ የሙቀት አማቂ ምላሽ ኪነቲክስ ግንዛቤያችንን ያመቻቻል።ምስል 2በሙቀት አላግባብ መጠቀሚያ ፈተናዎች ወቅት የተቀዳውን የ LIB የተለመደ የ ARC ጥምዝ ያሳያል።የሙቀት መጠኑን በመምሰል በደረጃ 2 ይጨምራል, የውጭ ሙቀት ምንጭ የባትሪውን ሙቀት ወደ መጀመሪያው የሙቀት መጠን ይጨምራል.ከዚህ የሙቀት መጠን በላይ, SEI ይበሰብሳል, ይህም ተጨማሪ ውጫዊ ኬሚካዊ ግብረመልሶችን ያስነሳል.በመጨረሻም, መለያው ይቀልጣል.የራስ-ሙቀት መጠኑ በኋላ ይጨምራል, ይህም ወደ የሙቀት መሸሽ (የራስ-ሙቀት መጠን>10 ° ሴ / ደቂቃ ሲሆን) እና ኤሌክትሮላይት ማቃጠል (ደረጃ 3) ያመጣል.
አኖድ ሜሶካርቦን ማይክሮብሊክ ግራፋይት ነው።ካቶድ LiNi0.8Co0.05Al0.05O2 ነው.ኤሌክትሮላይቱ በ EC/PC/DMC ውስጥ 1.2M LiPF6 ነው።የሴልጋርድ 2325 ባለ ትሪላይየር መለያየት ስራ ላይ ውሏል።ከኤሌክትሮኬሚካል ሶሳይቲ ኢንክ.
ከላይ የተገለጹት ምላሾች በተሰጠው ቅደም ተከተል አንድ በአንድ በጥብቅ እንደማይከሰቱ ልብ ሊባል ይገባል.እነሱ, ይልቁንም, ውስብስብ እና ስልታዊ ጉዳዮች ናቸው.
የተሻሻለ የባትሪ ደኅንነት ያላቸው ቁሳቁሶች
የባትሪ ሙቀት መሸሽ ግንዛቤን መሰረት በማድረግ ብዙ አቀራረቦች እየተጠኑ ነው፣ ዓላማውም የባትሪ ክፍሎችን በምክንያታዊ ዲዛይን በመጠቀም የደህንነት አደጋዎችን ለመቀነስ ነው።በሚቀጥሉት ክፍሎች የባትሪን ደህንነት ለማሻሻል የተለያዩ የቁሳቁስ አቀራረቦችን እናጠቃልላለን ፣ ከተለያዩ የሙቀት አማቂ ደረጃዎች ጋር የሚዛመዱ ችግሮችን መፍታት።
በደረጃ 1 ውስጥ ያሉትን ችግሮች ለመፍታት (የሙቀት መጨመር መጀመር)
አስተማማኝ የአኖድ ቁሳቁሶች.በኤልቢቢ አኖድ ላይ ያለው የ Li dendrite ምስረታ የሙቀት መሸሽ የመጀመሪያ ደረጃን ይጀምራል።ምንም እንኳን ይህ ጉዳይ በንግድ LIBs (ለምሳሌ ካርቦንዳስ አኖዶች) ውስጥ የተቃለለ ቢሆንም የሊ dendrite ምስረታ ሙሉ በሙሉ አልተከለከለም።ለምሳሌ፣ በንግድ LIBs፣ አኖዶች እና ካቶዶች በደንብ ካልተጣመሩ የዴንድራይት ማስቀመጫ በግራፍ ኤሌክትሮዶች ጠርዝ ላይ ይመረጣል።በተጨማሪም, የ LIBs ተገቢ ያልሆነ የአሠራር ሁኔታ የሊ ብረታ ብረትን ከዲንዳይት እድገት ጋር ሊያስከትል ይችላል.የሚታወቅ ነው dendrite ባትሪው ቻርጅ ከሆነ (i) ከፍተኛ የአሁኑ እፍጋቶች ላይ ሊ ions በጅምላ ግራፋይት ውስጥ ያለውን ስርጭት ይልቅ ፈጣን ነው;(ii) ግራፋይት ከመጠን በላይ በሚሞላበት ጊዜ በሚሞላ ሁኔታዎች ውስጥ;እና (iii) በዝቅተኛ የሙቀት መጠን [ለምሳሌ, የንዑስ ሙቀት (~ 0 ° ሴ)], በፈሳሽ ኤሌክትሮላይት መጨመር እና የ Li-ion ስርጭት መከላከያ መጨመር ምክንያት.
ከቁሳቁሶች ባህሪያት አንጻር, በአኖድ ላይ የ Li dendrite እድገት መጀመሩን የሚወስነው የስር መነሻው ያልተረጋጋ እና ዩኒፎርም SEI ነው, ይህም ያልተስተካከለ የአካባቢ የአሁኑ ስርጭት .የኤሌክትሮላይት ክፍሎች, በተለይም ተጨማሪዎች, የ SEI ተመሳሳይነት ለማሻሻል እና የሊ ዴንትሬትን ምስረታ ለማስወገድ ተመርምረዋል.የተለመዱ ተጨማሪዎች የኢንኦርጋኒክ ውህዶች [ለምሳሌ CO2, LiI, ወዘተ.] እና እንደ ቪኒሊን ካርቦኔት እና ማሌሚሚድ ተጨማሪዎች ያሉ ያልተሟሉ የካርቦን ቦንዶችን የያዙ ኦርጋኒክ ውህዶች;እንደ ቡቲሮላክቶን, ኤቲሊን ሰልፋይት እና ተውጣጣዎቻቸው ያሉ ያልተረጋጉ ሳይክል ሞለኪውሎች;እና እንደ fluoroethylene ካርቦኔት ያሉ የፍሎራይድ ውህዶች እና ሌሎችም.በክፍሎች-በሚሊዮን ደረጃ እንኳን, እነዚህ ሞለኪውሎች አሁንም የ SEI ሞርፎሎጂን ማሻሻል ይችላሉ, ስለዚህም የ Li-ion ፍሰቱን ተመሳሳይነት በማድረግ እና የሊ ዴንዳይት የመፍጠር እድልን ያስወግዳል.
በአጠቃላይ፣ የ Li dendrite ተግዳሮቶች አሁንም በግራፋይት ወይም በካርቦን አኖዶች እና በሲሊኮን/ሲኦ የቀጣይ ትውልድ አኖዶች ውስጥ አሉ።የ Li dendrite እድገትን ጉዳይ መፍታት የከፍተኛ ሃይል እፍጋት Li-ion ኬሚስትሪ በቅርብ ጊዜ ውስጥ ለመላመድ ወሳኝ የሆነ ፈተና ነው።በቅርብ ጊዜ ውስጥ, Li dendrite ምስረታ ጉዳይ በሊ ማከማቻ ወቅት የ Li-ion ፍሰት homogenizing በማድረግ ንጹሕ Li metal anodes ውስጥ ለመፍታት ከፍተኛ ጥረት መደረጉን ልብ ሊባል ይገባል;ለምሳሌ የመከላከያ ንብርብር ሽፋን፣ አርቲፊሻል SEI ኢንጂነሪንግ ወዘተ በዚህ ረገድ፣ አንዳንድ ዘዴዎች በኤልቢቢዎች ውስጥ ባሉ የካርቦን አኖዶች ላይ ጉዳዩን እንዴት መፍታት እንደሚቻል ላይ ብርሃን ሊሰጡ ይችላሉ።
ሁለገብ ፈሳሽ ኤሌክትሮላይቶች እና መለያዎች.ፈሳሹ ኤሌክትሮላይት እና መለያየቱ ከፍተኛ ኃይል ያለው ካቶድ እና አኖድ በአካል በመለየት ቁልፍ ሚና ይጫወታሉ።ስለዚህ በደንብ የተነደፉ ሁለገብ ኤሌክትሮላይቶች እና ሴፓራተሮች በባትሪ አማቂ መሸሽ (ደረጃ 1) መጀመሪያ ላይ ባትሪዎችን በከፍተኛ ሁኔታ ሊከላከሉ ይችላሉ።
ባትሪዎችን ከሜካኒካል መፍጨት ለመከላከል፣ የሸርተቴ ውፍረት ያለው ፈሳሽ ኤሌክትሮላይት የሚገኘው በቀላሉ በተሰራው ሲሊካ ወደ ካርቦኔት ኤሌክትሮላይት (1 M LiFP6 በ EC/DMC) በመጨመር ነው።በሜካኒካል ግፊት ወይም ተፅዕኖ ላይ ፈሳሹ የሸለተ ወፈር ውጤትን ያሳያል ከብዛት መጨመር ጋር ስለዚህ የተፅዕኖ ሃይልን ያጠፋል እና ለመጨፍለቅ መቻቻልን ያሳያል (ምስል 3A)
ምስል 3 በደረጃ 1 ያሉትን ጉዳዮች ለመፍታት ስልቶች።
(ሀ) ሸረር ወፍራም ኤሌክትሮ.ከላይ: ለተለመደው ኤሌክትሮላይት, ሜካኒካል ተጽእኖ ወደ ባትሪ ውስጣዊ እጥረት, እሳትና ፍንዳታ ሊያስከትል ይችላል.ከታች፡- ልብ ወለድ ስማርት ኤሌክትሮላይት በግፊት ወይም ተጽዕኖ ስር ሸለተ ውፍረት ያለው ውጤት ለመፍጨት ጥሩ መቻቻልን ያሳያል ይህም የባትሪዎችን ሜካኒካዊ ደህንነት በእጅጉ ያሻሽላል።(ለ) የሊቲየም ዴንትሬትስ ቀደም ብሎ ለመለየት ባለሁለት ተግባር መለያያ።በባህላዊ የሊቲየም ባትሪ ውስጥ የዴንድራይት ምስረታ፣ በሊቲየም ዴንራይት መለያየቱን ሙሉ በሙሉ መግባቱ የሚታወቀው በውስጣዊ አጭር ዑደት ምክንያት ባትሪው ሲወድቅ ብቻ ነው።በንፅፅር የሊቲየም ባትሪ ባለ ሁለት ፈንክሽናል ሴፓራተር (በሁለት የተለመዱ ሴፓራተሮች መካከል የተቀናጀ ንብርብር ያለው) ከመጠን በላይ ያደገው ሊቲየም ዴንራይት ወደ መለያው ውስጥ ዘልቆ በመግባት ከሚመራው የመዳብ ንብርብር ጋር ግንኙነት በመፍጠር ወደ ውስጥ መውደቅ ያስከትላል።Vበውስጣዊ አጭር ዑደት ምክንያት ስለሚመጣው ውድቀት ማስጠንቀቂያ ሆኖ የሚያገለግል Cu-Li።ነገር ግን፣ ሙሉ ባትሪው ዜሮ ከሌለው አቅም ጋር ደህንነቱ በተጠበቀ ሁኔታ እየሰራ እንደሆነ ይቆያል።(ሀ) እና (ለ) የተስተካከሉ ወይም የተባዙት ከSፕሪንግየር ተፈጥሮ ፈቃድ ጋር ነው።(ሐ) አደገኛ የሊ ዴንራይትስን ለመመገብ እና የባትሪ ዕድሜን ለማራዘም ትሪላይየር መለያየት።በስተግራ፡ ሊቲየም አኖዶች በቀላሉ የዴንድሪቲክ ክምችቶችን ሊፈጥሩ ይችላሉ፣ ይህም ቀስ በቀስ ትልቅ ሊያድግ እና ወደማይሰራው ፖሊመር መለያየት ሊገባ ይችላል።በመጨረሻው ዴንትሬትስ ካቶድ እና አኖድ ሲያገናኙ ባትሪው አጭር ዙር እና አልተሳካም።ቀኝ፡ የሲሊካ ናኖፓርቲሎች ንብርብር በሁለት ንብርብሮች የንግድ ፖሊመር ሴፓራተሮች ሳንድዊች ተደርጓል።ስለዚህ, ሊቲየም ዴንትሬትስ አድገው ወደ መለያው ውስጥ ዘልቀው ሲገቡ, በሳንድዊች ንብርብር ውስጥ የሚገኙትን የሲሊካ ናኖፓርተሎች ይገናኛሉ እና በኤሌክትሮኬሚካላዊ መንገድ ይበላሉ.(መ) የሲሊካ ናኖፓርቲክል ሳንድዊችድ መለያየትን የኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (ሴም) ምስልን መቃኘት።(ኢ) የተለመደው የቮልቴጅ እና የሊ/ሊ ባትሪ በጊዜ ፕሮፋይል ከተለመደው መለያየት (ቀይ ጥምዝ) እና ሲሊካ ናኖፓርቲክል ሳንድዊችድ ባለ ሶስት ፎቅ መለያየት (ጥቁር ጥምዝ) በተመሳሳይ ሁኔታ።(ሲ)፣ (ዲ) እና (ኢ) የሚባዙት ከጆን ዊሊ እና ልጆቹ ፈቃድ ነው።(ኤፍ) የ redox shuttle additives ስልቶች ሥዕላዊ መግለጫ።ከመጠን በላይ በተሞላ የካቶድ ወለል ላይ፣ የድጋሚ ተጨማሪው ንጥረ ነገር ኦክሲድድ (O) ሆኖ ተቀይሯል፣ እሱም በመቀጠል በኤሌክትሮላይት በኩል በማሰራጨት በአኖድ ወለል ላይ ወደ ቀድሞው ሁኔታው [R] ይቀንሳል።የኤሌክትሮኬሚካላዊ ዑደት ኦክሳይድ-ስርጭት-ቅነሳ-ስርጭት ላልተወሰነ ጊዜ ሊቆይ ስለሚችል የካቶድ አቅምን ከአደገኛ ከመጠን በላይ መሙላት ይቆልፋል።(ጂ) የ redox shuttle additives የተለመዱ ኬሚካላዊ አወቃቀሮች።(ኤች) በከፍተኛ አቅም በኤሌክትሮኬሚካላዊ መልኩ ፖሊመርራይዝ ማድረግ የሚችሉ ተጨማሪ ክፍያን የመዝጋት ዘዴ።(I) የመዝጊያው ከመጠን በላይ የሚሞሉ ተጨማሪዎች የተለመዱ ኬሚካላዊ መዋቅሮች።የተጨማሪዎቹ የመስራት አቅሞች በእያንዳንዱ ሞለኪውላዊ መዋቅር በ (ጂ)፣ (H) እና (I) ተዘርዝረዋል።
ሴፓራተሮች በኤሌክትሮኒካዊ መንገድ ካቶድ እና አኖዶድ እንዲሸፍኑ እና የባትሪውን የጤና ሁኔታ በመከታተል ውስጥ ትልቅ ሚና ይጫወታሉ ያለፈው ደረጃ 1 ተጨማሪ መበላሸትን ለመከላከል. ለምሳሌ, "bifunfunal separator" ከፖሊመር-ሜታል-ፖሊመር ትራይሌየር ውቅር ጋር ()ምስል 3B) አዲስ የቮልቴጅ ዳሳሽ ተግባርን መስጠት ይችላል.አንድ dendrite ወጥቶ ወደ መካከለኛ ንብርብር ላይ ሲደርስ, የብረት ንብርብር እና anode ያገናኛል እንደ በመካከላቸው ድንገተኛ የቮልቴጅ ጠብታ ወዲያውኑ ውፅዓት ሆኖ ሊታወቅ ይችላል.
ከመለየት በተጨማሪ፣ ባለ ትሪላይየር መለያየቱ የተነደፈው አደገኛውን ሊ dendrites እንዲበላ እና መለያውን ከገባ በኋላ እድገታቸውን እንዲቀንስ ነው።የሲሊካ ናኖፓርተሎች ንብርብር፣ በሁለት ንብርብሮች የንግድ ፖሊዮሌፊን መለያየት (ሳንድዊች)ምስል 3, C እና D) ማንኛውንም ወደ ውስጥ የሚገቡ አደገኛ Li dendrites ሊበላ ይችላል, ስለዚህ የባትሪውን ደህንነት በብቃት ያሻሽላል.ከተለምዷዊ መለያዎች ጋር ሲነፃፀር የተጠበቀው የባትሪ ዕድሜ በግምት አምስት ጊዜ ያህል ተራዝሟል።ምስል 3E).
ከመጠን በላይ መሙላት ጥበቃ.ከመጠን በላይ መሙላት ማለት ከተነደፈው ቮልቴጅ በላይ ባትሪ መሙላት ተብሎ ይገለጻል.ከመጠን በላይ መሙላት በከፍተኛ የወቅቱ እፍጋቶች ፣ ኃይለኛ የኃይል መሙያ መገለጫዎች ፣ ወዘተ. ፣ ተከታታይ ችግሮች ሊያመጣ ይችላል ፣ ይህም (i) የሊ ብረትን በአኖድ ላይ ማስቀመጥ ፣ ይህም የባትሪውን ኤሌክትሮኬሚካላዊ አፈፃፀም እና ደህንነትን በእጅጉ ይጎዳል ።(ii) የካቶድ ንጥረ ነገር መበስበስ, ኦክስጅንን መልቀቅ;እና (iii) የኦርጋኒክ ኤሌክትሮላይት መበስበስ, ሙቀትን እና የጋዝ ምርቶችን (H2, hydrocarbons, CO, ወዘተ) በመልቀቅ, ለሙቀት መሸሽ ተጠያቂ ናቸው.በመበስበስ ወቅት የኤሌክትሮኬሚካላዊ ምላሾች ውስብስብ ናቸው, አንዳንዶቹ ከታች ተዘርዝረዋል.
ኮከቢቱ (*) የሚያመለክተው የሃይድሮጂን ጋዝ ከፕሮቲክ ነው, በካርቦኔት ኦክሳይድ ጊዜ የሚፈጠሩ ቡድኖች በካቶድ ውስጥ ይተዋሉ, ከዚያም ወደ anode እንዲቀንስ እና H2 እንዲፈጥሩ ያደርጋል.
በተግባራቸው ልዩነት ላይ, ከመጠን በላይ መከላከያ ተጨማሪዎች እንደ ሬዶክስ ሾትል ተጨማሪዎች እና የመዝጋት ተጨማሪዎች ሊመደቡ ይችላሉ.የመጀመሪያው ህዋሱን ከመጠን በላይ መሙላት በተገላቢጦሽ ይከላከላል, የኋለኛው ደግሞ የሕዋስ ሥራን በቋሚነት ያቋርጣል.
Redox shuttle additives የሚሠሩት ከመጠን በላይ መሙላት በሚፈጠርበት ጊዜ በባትሪው ውስጥ የተጨመረውን ትርፍ በኤሌክትሮ ኬሚካል በመዝጋት ነው።ውስጥ እንደሚታየውምስል 3 ኤፍ, ዘዴው ከኤሌክትሮላይት አኖዲክ መበስበስ በትንሹ ያነሰ የኦክስዲሽን አቅም ያለው ሬዶክስ ተጨማሪ ላይ የተመሰረተ ነው.ከመጠን በላይ በተሞላ የካቶድ ወለል ላይ፣ የድጋሚ ተጨማሪው ንጥረ ነገር ኦክሲድድ (O) ሆኖ ተቀይሯል፣ እሱም በመቀጠል በኤሌክትሮላይት ውስጥ ከተሰራጨ በኋላ በአኖድ ወለል ላይ ወደ ቀድሞው ሁኔታው [R] ይቀንሳል።ከዚያ በኋላ፣ የተቀነሰው ተጨማሪ ንጥረ ነገር ወደ ካቶድ ተመልሶ ሊሰራጭ ይችላል፣ እና የኤሌክትሮኬሚካላዊ ዑደት “የኦክሳይድ-ስርጭት-መቀነሻ-ስርጭት” ላልተወሰነ ጊዜ ሊቆይ ይችላል እና ስለሆነም የካቶድ አቅምን ከተጨማሪ አደገኛ ከመጠን በላይ መሙላት ይቆልፋል።ጥናቶች እንደሚያሳዩት የተጨማሪዎች የመድገም አቅም ከ 0.3 እስከ 0.4 ቮ ከካቶድ አቅም በላይ መሆን አለበት.
ኦርጋሜቲካል ሜታልሎሴንስ ፣ ፌኖቲያዚን ፣ ትሪፕሄኒላሚንስ ፣ ዲሜትኦክሲቤንዜን እና ውፅዋቶቻቸው ፣ እና 2- (ፔንታፍሎሮፊኒል) -tetrafluoro-1,3,2-benzodioborole (ቤንዞዲዮኦክሳሌል) ጨምሮ በጥሩ ሁኔታ የተስተካከሉ ኬሚካላዊ አወቃቀሮች እና የመድገም አቅም ያላቸው ተከታታይ ተጨማሪዎች ተዘጋጅተዋል።ምስል 3ጂ).ሞለኪውላዊ አወቃቀሮችን በማበጀት የተጨማሪ ኦክሳይድ አቅምን ከ 4 ቮ በላይ ማስተካከል ይቻላል ይህም በፍጥነት በማደግ ላይ ላለው ከፍተኛ-ቮልቴጅ ካቶድ ቁሳቁሶች እና ኤሌክትሮላይቶች ተስማሚ ነው.መሠረታዊው የንድፍ መርሆ በኤሌክትሮን የሚወጡ ተተኪዎችን በመጨመር ከፍተኛውን የተያዙ ሞለኪውላር ምህዋርን መጨመርን ያካትታል ይህም የኦክሳይድ አቅም መጨመርን ያስከትላል።ከኦርጋኒክ ተጨማሪዎች በተጨማሪ አንዳንድ ኦርጋኒክ ያልሆኑ ጨዎች እንደ ኤሌክትሮላይት ጨው ብቻ ሳይሆን እንደ ፐርፍሎሮቦራን ክላስተር ጨዎችን (ማለትም ሊቲየም ፍሎሮዶዴካቦሬትስ (Li2B12F) ያሉ እንደ ሪዶክስ መንኮራኩር ሆነው ያገለግላሉ።xH12-x)]፣ እንዲሁም ቀልጣፋ redox shuttle additives ሆነው ተገኝተዋል።
ከመጠን በላይ ክፍያ የሚዘጋው ተጨማሪዎች የማይቀለበስ የትርፍ መከላከያ ተጨማሪዎች ክፍል ናቸው።የሚሠሩት ከፍተኛ አቅም ባለው ጋዝ በመልቀቅ ነው፣ እሱም በተራው፣ የአሁኑን ማቋረጫ መሣሪያ በማንቃት፣ ወይም በቋሚነት በኤሌክትሮ ኬሚካል ፖሊመራይዝድ በከፍተኛ አቅም በከፍተኛ አቅም የባትሪውን ሥራ በማቆም አስከፊ ውጤቶች ከመከሰታቸው በፊት (ምስል 3H).የቀድሞዎቹ ምሳሌዎች xylene፣ cyclohexylbenzene እና biphenyl ያካትታሉ፣ የኋለኛው ምሳሌዎች ደግሞ biphenyl እና ሌሎች የተተኩ መዓዛ ውህዶችን ያካትታሉ (ምስል 3I).የእነዚህ ውህዶች የማይቀለበስ ኦክሳይድ ስለሆነ የመዝጋት ተጨማሪዎች አሉታዊ ተፅእኖዎች አሁንም የ LIBs የረጅም ጊዜ አሰራር እና የማከማቻ አፈፃፀም ናቸው።
በደረጃ 2 ውስጥ ያሉትን ችግሮች ለመፍታት (የሙቀት መከማቸት እና የጋዝ መለቀቅ ሂደት)
አስተማማኝ የካቶድ ቁሳቁሶች.የሊቲየም ሽግግር ብረት ኦክሳይዶች፣ እንደ የተነባበሩ ኦክሳይድ LiCoO2፣ LiNiO2 እና LiMnO2;የአከርካሪው አይነት ኦክሳይድ LiM2O4;እና የ polyanion አይነት LiFePO4, በሰፊው ጥቅም ላይ የዋሉ የካቶድ ቁሳቁሶች ናቸው, ሆኖም ግን, በተለይም በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ የደህንነት ጉዳዮች አሏቸው.ከነሱ መካከል, ኦሊቪን-የተዋቀረው LiFePO4 በአንፃራዊነት ደህንነቱ የተጠበቀ ነው, ይህም እስከ 400 ° ሴ የተረጋጋ ሲሆን LiCoO2 በ 250 ° ሴ መበስበስ ይጀምራል.የ LiFePO4 ደህንነት የተሻሻለበት ምክንያት ሁሉም የኦክስጂን ionዎች ከ P5+ ጋር ጠንካራ ትስስር በመፍጠር PO43- tetrahedral polyanions እንዲመሰርቱ በማድረጉ መላውን ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ማዕቀፍ የሚያረጋጋ እና ከሌሎች የካቶድ ቁሳቁሶች ጋር ሲነፃፀር የተሻሻለ መረጋጋት ይሰጣል ፣ ምንም እንኳን አሁንም አለ። አንዳንድ የባትሪ ቃጠሎ አደጋዎች ተዘግበዋል።ዋናው የደህንነት ስጋት የሚነሳው እነዚህ የካቶድ ቁሳቁሶች ከፍ ባለ የሙቀት መጠን መበስበስ እና በአንድ ጊዜ ኦክሲጅን መለቀቅ ሲሆን ይህም በአንድ ላይ ወደ ማቃጠል እና ፍንዳታ ሊያመራ ይችላል, የባትሪውን ደህንነት በእጅጉ ይጎዳል.ለምሳሌ, የንብርብር ኦክሳይድ LiNiO2 ክሪስታል መዋቅር በኒ2+ መኖር ምክንያት ያልተረጋጋ ነው, የ ion መጠኑ ከ Li+ ጋር ተመሳሳይ ነው.የተዳከመው ሊxኒኦ2 (x< 1) ወደ የተረጋጋ የአከርካሪ አይነት ደረጃ LiNi2O4 (spinel) እና rocksalt-type ኒኦ የመቀየር አዝማሚያ አለው፣ ኦክሲጅን ወደ ፈሳሽ ኤሌክትሮላይት በ200 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ አካባቢ ይለቀቃል፣ ይህም ወደ ኤሌክትሮላይት ማቃጠል ይመራል።
የእነዚህን የካቶድ ቁሳቁሶች የሙቀት መረጋጋት በአቶም ዶፒንግ እና የገጽታ መከላከያ ሽፋን ለማሻሻል ከፍተኛ ጥረት ተደርጓል።
አቶም ዶፒንግ በተፈጠረው የተረጋጉ ክሪስታል አወቃቀሮች ምክንያት የተደራረቡ ኦክሳይድ ቁሶች የሙቀት መረጋጋትን በእጅጉ ሊጨምር ይችላል።የ LiNiO2 ወይም Li1.05Mn1.95O4 የሙቀት መረጋጋት በከፍተኛ ሁኔታ ሊሻሻል የሚችለው ኒ ወይም ኤምኤንን ከሌሎች የብረት ማያያዣዎች ለምሳሌ Co, Mn, Mg እና Al .ለ LiCoO2፣ እንደ ኒ እና ሚን ያሉ የዶፒንግ እና ቅይጥ ንጥረ ነገሮችን ማስተዋወቅ የመበስበስ መጀመሪያ የሙቀት መጠንን በእጅጉ ሊጨምር ይችላል።TDec, እንዲሁም በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ከኤሌክትሮላይት ጋር ምላሽን በማስወገድ ላይ.ሆኖም ፣ በአጠቃላይ የካቶድ የሙቀት መረጋጋት መጨመር በልዩ አቅም ውስጥ ካለው መስዋዕትነት ጋር ይመጣል።ይህንን ችግር ለመፍታት በተደራራቢ ሊቲየም ኒኬል ኮባልት ማንጋኒዝ ኦክሳይድ ላይ የተመሰረተ ዳግም ሊሞሉ የሚችሉ የሊቲየም ባትሪዎች የማጎሪያ-ግራዲየንት ካቶድ ቁሳቁስ ተዘጋጅቷል (ምስል 4A) .በዚህ ቁስ ውስጥ፣ እያንዳንዱ ቅንጣት የኒ-ሀብታም ማእከላዊ ጅምላ እና ኤምኤን-የበለፀገ ውጫዊ ሽፋን አለው፣ የኒ ትኩረትን በመቀነሱ እና ወደ ላይ ሲቃረብ የMn እና Co ውህዶችን ይጨምራል (ምስል 4B).የመጀመሪያው ከፍተኛ አቅም ይሰጣል, የኋለኛው ደግሞ የሙቀት መረጋጋትን ያሻሽላል.ይህ ልብ ወለድ ካቶድ ቁሳቁስ የኤሌክትሮኬሚካላዊ ውጤታቸውን ሳይቀንስ የባትሪዎችን ደህንነት ለማሻሻል ታይቷል (ምስል 4C).
ምስል 4 በደረጃ 2 ላይ ችግሮችን ለመፍታት ስልቶች: አስተማማኝ ካቶድስ.
(ሀ) በኒ-ሀብታም ኮር ያለው የአዎንታዊ ኤሌክትሮድ ቅንጣቢ ንድፍ ንድፍ በማጎሪያ-ግራዲየንት ውጫዊ ንብርብር የተከበበ።እያንዳንዱ ቅንጣቢ የኒ-ሀብታም ማዕከላዊ የጅምላ ሊ(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 እና Mn-ሀብታም የውጪ ንብርብር [ሊ(Ni0.8Co0.1Mn0.1) ላይ ላዩን ሲቃረብ.የመጀመሪያው ከፍተኛ አቅም ይሰጣል, የኋለኛው ደግሞ የሙቀት መረጋጋትን ያሻሽላል.አማካይ ቅንብር ሊ (Ni0.68Co0.18Mn0.18) O2 ነው።የዓይነተኛ ቅንጣትን የሚቃኝ ኤሌክትሮን ማይክሮግራፍ በቀኝ በኩልም ይታያል።(ለ) የኤሌክትሮን-ምርመራ ኤክስሬይ ማይክሮአናላይዜሽን የመጨረሻው ሊቲየይድ ኦክሳይድ ሊ(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2.በ interlayer ውስጥ የኒ፣ ኤምን፣ እና ኮ ቀስ በቀስ የትኩረት ለውጦች ግልጽ ናቸው።የኒ ትኩረቱ ይቀንሳል፣ እና የCo እና Mn ትኩረቶች ወደ ላይኛው ይጨምራሉ።(ሐ) ዲፈረንሻል ስካን ካሎሪሜትሪ (DSC) ዱካዎች ከኤሌክትሮላይት ምላሽ የሙቀት ፍሰትን ከማጎሪያ-ግራዲየንት ቁስ Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18) 1) O2፣ እና Mn-ሀብታም የውጨኛው ሽፋን [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2]።ቁሳቁሶቹ እስከ 4.3 V. (A)፣ (B) እና (C) የተባዙት ከስፕሪንግየር ተፈጥሮ ፈቃድ ጋር ነው።(መ) ግራ፡ ማስተላለፊያ ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (TEM) የAlPO4 nanoparticle-coated LiCoO2 ብሩህ-መስክ ምስል;የኢነርጂ ስርጭት የኤክስሬይ ስፔክትሮሜትሪ በሽፋኑ ንብርብር ውስጥ ያሉትን የ Al እና P ክፍሎችን ያረጋግጣል።ቀኝ: ከፍተኛ ጥራት ያለው TEM ምስል በ nanoscale ልባስ ንብርብር ውስጥ የ AlPO4 nanoparticles (~ 3 nm ዲያሜትር) የሚያሳይ ምስል;ቀስቶቹ በአልፖ4 ንብርብር እና በ LiCoO2 መካከል ያለውን ግንኙነት ያመለክታሉ።(E) ግራ፡- ከ12-V ከመጠን በላይ የመሙላት ሙከራ በኋላ ባዶ LiCoO2 ካቶድ የያዘ የሕዋስ ምስል።ሴሉ ተቃጥሎ በዛ ቮልቴጅ ፈነዳ።ቀኝ፡ ከ12-V የትርፍ ክፍያ ሙከራ በኋላ AlPO4 nanoparticle-coated LiCoO2 የያዘ የሕዋስ ምስል።(መ) እና (ኢ) የተባዙት በጆን ዊሊ እና ልጆቹ ፈቃድ ነው።
የሙቀት መረጋጋትን ለማሻሻል ሌላው ስትራቴጂ የካቶድ ቁሳቁሶችን በሚከላከለው ስስ ሽፋን የሙቀት መጠን የተረጋጋ Li+ የሚመራ ውህዶችን በመልበስ የካቶድ ቁሳቁሶችን ከኤሌክትሮላይት ጋር ቀጥተኛ ግንኙነት እንዳይኖር እና የጎንዮሽ ምላሽን እና የሙቀት መመንጨትን ይቀንሳል ።ሽፋኖቹ ኦርጋኒክ ያልሆኑ ፊልሞች (ለምሳሌ, ZnO, Al2O3, AlPO4, AlF3, ወዘተ) ሊሆኑ ይችላሉ, ይህም ከተጣራ በኋላ ሊ ionዎችን ማካሄድ ይችላል.ምስል 4, D እና E), ወይም ኦርጋኒክ ፊልሞች, እንደ ፖሊ (ዲያሊልዲሚልዲሚየም ክሎራይድ), በ γ-butyrolactone ተጨማሪዎች የተገነቡ የመከላከያ ፊልሞች እና ባለብዙ ክፍልፋይ ተጨማሪዎች (የቪኒሊን ካርቦኔት, 1,3-propylene sulfite እና dimethylacetamide) ያሉ ኦርጋኒክ ፊልሞች.
ሽፋንን ከአዎንታዊ የሙቀት መጠን ጋር ማስተዋወቅ የካቶድ ደህንነትን ለመጨመርም ጠቃሚ ነው።ለምሳሌ፣ ፖሊ(3-decylthiophen) -የተሸፈኑ LiCoO2 ካቶዶች የሙቀት መጠኑ እስከ>80°ሴ ሲጨምር የኤሌክትሮኬሚካላዊ ምላሾችን እና የጎንዮሽ ምላሾችን ሊዘጋ ይችላል፣ምክንያቱም የ conductive ፖሊመር ንብርብር በፍጥነት ወደ ከፍተኛ የመቋቋም ሁኔታ ስለሚቀየር።በራስ-የተቋረጠ ኦሊጎመሮች ከከፍተኛ ቅርንጫፎቻቸው አርክቴክቸር ጋር መሸፈኛዎች እንዲሁ ባትሪውን ከካቶድ ጎን ለመዝጋት እንደ የሙቀት ምላሽ የማገጃ ንብርብር ሆኖ ሊሠራ ይችላል።
በሙቀት ሊቀየር የሚችል የአሁኑ ሰብሳቢ።ደረጃ 2 ላይ ባለው የባትሪ ሙቀት መጨመር ወቅት የኤሌክትሮኬሚካላዊ ግብረመልሶች መዘጋት የሙቀት መጠኑን የበለጠ እንዳይጨምር በብቃት ይከላከላል።ፈጣን እና ሊቀለበስ የሚችል የሙቀት ምላሽ ሰጪ ፖሊመር መቀየር (TRPS) በውስጥ በኩል አሁን ባለው ሰብሳቢ ውስጥ ተካቷል (ምስል 5A) .የ TRPS ቀጭን ፊልም ኮንዳክቲቭ ግራፊን-የተሸፈኑ spiky nanostructured ኒኬል (GrNi) ቅንጣቶች እንደ conductive መሙያ እና ትልቅ የሙቀት ማስፋፊያ Coefficient (α ~ 10−4 K-1) ጋር PE ማትሪክስ ያካትታል.እንደ-የተሰራው ፖሊመር ውህድ ፊልሞች በክፍል ሙቀት ውስጥ ከፍተኛ ኮንዳክሽን (σ) ያሳያሉ፣ ነገር ግን የሙቀት መጠኑ ወደ መቀያየር ሙቀት ሲቃረብ (Tበ ፖሊመር ጥራዝ መስፋፋት ምክንያት የመቆጣጠሪያው መጠን በ 1 ሰከንድ ውስጥ በሰባት እስከ ስምንት ቅደም ተከተሎች ይቀንሳል, ይህም የመተላለፊያ ቅንጣቶችን ይለያል እና የመተላለፊያ መንገዶችን ይሰብራል (ምስል 5B).ፊልሙ ወዲያውኑ መከላከያ ይሆናል እና የባትሪውን ሥራ ያቆማል (ምስል 5C).ይህ ሂደት በጣም የተገላቢጦሽ ነው እና ከበርካታ የሙቀት መጨመር ክስተቶች በኋላ እንኳን አፈፃፀሙን ሳያበላሹ ሊሠራ ይችላል.
ምስል 5 በደረጃ 2 ያሉትን ጉዳዮች ለመፍታት ስልቶች።
(ሀ) የ TRPS የአሁኑ ሰብሳቢው የሙቀት መቀየሪያ ዘዴ ንድፍ ሥዕላዊ መግለጫ።ደህንነቱ የተጠበቀ ባትሪ በቀጭኑ TRPS ንብርብር የተሸፈነ አንድ ወይም ሁለት የአሁን ሰብሳቢዎች አሉት።በመደበኛነት በክፍል ሙቀት ውስጥ ይሰራል.ነገር ግን, ከፍተኛ ሙቀት ወይም ትልቅ ወቅታዊ ከሆነ, ፖሊመር ማትሪክስ ይስፋፋል, በዚህም ምክንያት conductive ቅንጣቶች በመለየት, በውስጡ conductivity ይቀንሳል, በከፍተኛ የመቋቋም ይጨምራል እና ባትሪውን ይዘጋል.የባትሪው መዋቅር ምንም ጉዳት ሳይደርስበት ሊጠበቅ ይችላል.በማቀዝቀዝ ላይ, ፖሊመር ይቀንሳል እና የመጀመሪያውን የመተላለፊያ መንገዶችን ያገኛል.(ለ) የተለያዩ የ TRPS ፊልሞችን የመቋቋም ለውጦች እንደ የሙቀት መጠን፣ PE/GrNi ከተለያዩ የGrNi ጭነቶች እና PP/GrNi 30% (v/v) የGrNi ጭነትን ጨምሮ።(ሐ) ደህንነቱ የተጠበቀ LiCoO2 የባትሪ ብስክሌት በ25°ሴ እና በመዝጋት መካከል ያለው የአቅም ማጠቃለያ።በ 70 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ያለው የዜሮ-ቅርብ አቅም ሙሉ በሙሉ መዘጋትን ያሳያል.(A)፣ (B) እና (C) የተባዙት ከSፕሪንግየር ተፈጥሮ ፈቃድ ጋር ነው።(መ) ለLIBs በማይክሮ ስፔር ላይ የተመሰረተ የመዝጋት ጽንሰ-ሀሳብ ውክልና።ኤሌክትሮዶች የሚሠሩት በቴርሞሴቭ ማይክሮስፌር ነው ፣ ከውስጣዊ የባትሪ ሙቀት በላይ ፣ የሙቀት ሽግግር (መቅለጥ)።የቀለጠው እንክብሎች የኤሌክትሮዱን ገጽ ይሸፍናሉ፣ ionically insulating barrier ፈጥረው የባትሪውን ሕዋስ ይዘጋሉ።(ኢ) 94% የአልሙኒየም ቅንጣቶች እና 6% ስቲሪን-ቡታዲየን ጎማ (SBR) ማያያዣ የያዘው ቀጭን እና ራሱን የቻለ ኦርጋኒክ ያልሆነ ድብልቅ ሽፋን በመፍትሔ የመውሰድ ዘዴ ተዘጋጅቷል።በስተቀኝ፡ የኢንኦርጋኒክ ድብልቅ መለያየት እና የ PE መለያን የሙቀት መረጋጋት የሚያሳዩ ፎቶግራፎች።መለያዎቹ በ 130 ° ሴ ለ 40 ደቂቃዎች ተይዘዋል.PE በነጥብ ካሬ ካለው አካባቢ በከፍተኛ ሁኔታ ቀንሷል።ነገር ግን፣ የስብስብ መለያው ግልጽ የሆነ መቀነስ አላሳየም።ከኤልሴቪር ፈቃድ ጋር እንደገና ተባዝቷል።(ኤፍ) የአንዳንድ ከፍተኛ ሙቀት ፖሊመሮች ሞለኪውላዊ መዋቅር ዝቅተኛ ከፍተኛ የሙቀት መጠን መቀነስ ጋር እንደ መለያየት ቁሳቁሶች።የላይኛው: ፖሊይሚድ (PI).መካከለኛ: ሴሉሎስ.ከታች: ፖሊ (butylene) terephthalate.(ጂ) ግራ፡ የ PI DSC ስፔክትራን ከ PE እና PP መለያ ጋር ማወዳደር;የ PI መለያየት ከ 30 ° እስከ 275 ° ሴ ባለው የሙቀት መጠን ውስጥ በጣም ጥሩ የሙቀት መረጋጋት ያሳያል.የቀኝ፡ የዲጂታል ካሜራ ፎቶዎች የንግድ መለያን እርጥበታማነት እና እንደ-የተሰራው ፒአይ መለያ ከ propylene ካርቦኔት ኤሌክትሮላይት ጋር በማነፃፀር።ከአሜሪካ ኬሚካል ሶሳይቲ ፈቃድ ጋር ተባዝቷል።
የሙቀት መዘጋት መለያዎች.በደረጃ 2 ላይ ባትሪዎች ከሙቀት መሸሽ ለመከላከል ሌላው ስልት የ Li ions ማስተላለፊያ መንገድን በሴፔራተሩ በኩል መዝጋት ነው።ከፍተኛ ኃይል ባለው ካቶድ እና አኖድ ቁሶች መካከል ቀጥተኛ የኤሌክትሪክ ግንኙነትን ስለሚከላከሉ አዮኒክ ማጓጓዝን ስለሚፈቅዱ መለያየቶች ለLIBs ደህንነት ቁልፍ አካላት ናቸው።PP እና PE በብዛት ጥቅም ላይ የሚውሉ ቁሳቁሶች ናቸው, ነገር ግን ዝቅተኛ የሙቀት መረጋጋት አላቸው, እንደ ቅደም ተከተላቸው ~ 165 ° እና ~ 135 ° ሴ.ለንግድ LIB፣ PP/PE/PP trilayer መዋቅር ያላቸው ሴፓራተሮች ቀድሞውኑ ለገበያ ቀርበዋል፣ PE ተከላካይ መካከለኛ ንብርብር ነው።የባትሪው ውስጣዊ ሙቀት ከአስጊ የሙቀት መጠን (~ 130 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ) በላይ ሲጨምር, የተቦረቦረው የ PE ንብርብር በከፊል ይቀልጣል, የፊልም ቀዳዳዎችን በመዝጋት እና በፈሳሽ ኤሌክትሮላይት ውስጥ የ ions ፍልሰትን ይከላከላል, የ PP ንብርብር ደግሞ ከውስጥ ለመውጣት ሜካኒካል ድጋፍ ይሰጣል. ማሳጠር .በአማራጭ፣ በሙቀት ምክንያት የሚፈጠር የኤልቢቢን መዘጋት የሙቀት ምላሽ ሰጪ ፒኢ ወይም ፓራፊን ሰም ማይክሮስፌርን እንደ የባትሪ አኖዶች ወይም መለያየቶች መከላከያ ሽፋን በመጠቀም ሊገኝ ይችላል።የውስጣዊው የባትሪው ሙቀት ወሳኝ እሴት ላይ ሲደርስ ማይክሮስፌረሮች ይቀልጡና አኖድ/ መለያያቱን በማይፈጭ መከላከያ ይለብሳሉ፣ የ Li-ion መጓጓዣን ያቆማሉ እና ሴሉን በቋሚነት ይዘጋሉ።ምስል 5D).
ከፍተኛ የሙቀት መረጋጋት ያላቸው መለያዎች.የባትሪ መለያዎችን የሙቀት መረጋጋት ለማሻሻል ባለፉት በርካታ ዓመታት ውስጥ ሁለት አቀራረቦች ተዘጋጅተዋል-
(1) በቀጥታ ሽፋን ወይም እንደ SiO2 እና Al2O3 ባሉ የሴራሚክ ንጣፎች ላይ እንደ ሲኦ2 እና አል2O3 ባሉ የ polyolefin መለያዎች ወለል ላይ ወይም በፖሊሜሪክ ቁሶች ውስጥ የሴራሚክ ዱቄቶች በማደግ የተሰሩ ሴራሚክ የተሻሻለ መለያየት።ምስል 5E) ፣ በጣም ከፍተኛ የማቅለጫ ነጥቦችን እና ከፍተኛ የሜካኒካዊ ጥንካሬን ያሳዩ እና በአንጻራዊነት ከፍተኛ የሙቀት መቆጣጠሪያ አላቸው።በዚህ ስልት የተሰሩ አንዳንድ የተዋሃዱ ሴፓራተሮች ለገበያ ተዳርገዋል፣ ለምሳሌ ሴፓሪን (የንግድ ስም)።
(2) የማለያያ ቁሳቁሶችን ከፖሊዮሌፊን ወደ ከፍተኛ-ማቅለጫ የሙቀት መጠን ፖሊመሮች መለወጥ በማሞቅ ጊዜ ዝቅተኛ መጨናነቅ, ለምሳሌ ፖሊይሚድ, ሴሉሎስ, ፖሊ (ቡቲሊን) terephthalate እና ሌሎች ተመሳሳይ ፖሊ(esters) የሙቀት መረጋጋትን ለማሻሻል ሌላው ውጤታማ ስልት ነው. መለያዎች (ምስል 5 ኤፍ).ለምሳሌ፣ ፖሊይሚድ ቴርሞሴቲንግ ፖሊመር ነው፣ ምክንያቱም ጥሩ የሙቀት መረጋጋት (ከ 400 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በላይ የተረጋጋ) ፣ ጥሩ ኬሚካዊ የመቋቋም ችሎታ ፣ ከፍተኛ የመጠን ጥንካሬ ፣ ጥሩ የኤሌክትሮላይት እርጥበት እና የእሳት ነበልባል።ምስል 5ጂ) .
የማቀዝቀዝ ተግባር ያላቸው የባትሪ ፓኬጆች።በአየር ወይም በፈሳሽ ማቀዝቀዝ ስርጭት የነቁ የመሣሪያ-ልኬት የሙቀት አስተዳደር ስርዓቶች የባትሪን አፈፃፀም ለማሻሻል እና የሙቀት መጨመርን ለመቀነስ ጥቅም ላይ ውለዋል።በተጨማሪም እንደ ፓራፊን ሰም ያሉ የደረጃ-መለዋወጫ ቁሶች በባትሪ ማሸጊያዎች ውስጥ በመዋሃድ የሙቀት መጠንን ለመቆጣጠር እንደ ሙቀት መስጫ ሆነው ያገለግላሉ።
በደረጃ 3 ላይ ያሉትን ችግሮች ለመፍታት (ቃጠሎ እና ፍንዳታ)
"የእሳት ትሪያንግል" በመባል የሚታወቁት ሙቀት፣ ኦክሲጅን እና ነዳጅ ለአብዛኞቹ እሳቶች አስፈላጊ ነገሮች ናቸው።በደረጃ 1 እና 2 ውስጥ በሚፈጠረው ሙቀት እና ኦክሲጅን ክምችት, ነዳጁ (ይህም በጣም ተቀጣጣይ ኤሌክትሮላይቶች) ወዲያውኑ ማቃጠል ይጀምራል.የኤሌክትሮላይት መሟሟያዎችን ተቀጣጣይነት መቀነስ ለባትሪ ደህንነት እና ለቀጣይ የLIBs መጠነ ሰፊ አተገባበር ወሳኝ ነው።
ነበልባል-ተከላካይ ተጨማሪዎች።የፈሳሽ ኤሌክትሮላይቶችን ተቀጣጣይነት ለመቀነስ የእሳት ነበልባልን የሚከላከሉ ተጨማሪዎች ለማዘጋጀት ከፍተኛ የምርምር ጥረቶች ተደርገዋል።በፈሳሽ ኤሌክትሮላይቶች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውሉት አብዛኛዎቹ የነበልባል-ተከላካይ ተጨማሪዎች በኦርጋኒክ ፎስፎረስ ውህዶች ወይም ኦርጋኒክ halogenated ውህዶች ላይ የተመሰረቱ ናቸው።ሃሎሎጂን ለአካባቢ እና ለሰው ጤና አደገኛ እንደመሆናቸው መጠን የኦርጋኒክ ፎስፎረስ ውህዶች የእሳት ቃጠሎን የመቋቋም ችሎታ እና የአካባቢ ወዳጃዊነት ስላላቸው እንደ ነበልባል-ተከላካይ ተጨማሪዎች የበለጠ ተስፋ ሰጪ እጩዎች ናቸው።የተለመዱ የኦርጋኒክ ፎስፎረስ ውህዶች ትራይሜቲል ፎስፌት ፣ ትሪፕሄኒል ፎስፌት ፣ ቢስ (2-ሜቶክሲኤቶክሲ) ሜቲላሊልፎስፎኔት ፣ ትሪስ (2,2,2-ትሪፍሎሮኢቲል) ፎስፌት ፣ (ethoxy) pentafluorocyclotriphosphazene ፣ ኤቲሊን ኤቲል ፎስፌት ፣ ወዘተ.ምስል 6A).የእነዚህ ፎስፈረስ-የያዙ ውህዶች የነበልባል ዝግመት ውጤቶች ዘዴ በአጠቃላይ ኬሚካላዊ ራዲካል-የማጽዳት ሂደት ነው ተብሎ ይታመናል።በሚቃጠሉበት ጊዜ ፎስፎረስ የያዙ ሞለኪውሎች ፎስፈረስ ወደያዙ የፍሪ-radical ዝርያዎች መበስበስ ይችላሉ ፣ይህም ቀጣይነት ያለው ለቃጠሎ ተጠያቂ የሆኑትን ሰንሰለት ምላሽ በሚሰራጭበት ጊዜ የሚፈጠሩትን radicals (ለምሳሌ ፣ H እና OH radicals) ሊያቋርጡ ይችላሉ ።ምስል 6፣ B እና C)።እንደ አለመታደል ሆኖ, እነዚህ ፎስፈረስ-የያዙ የእሳት ቃጠሎዎችን በመጨመር የእሳት ቃጠሎን መቀነስ በኤሌክትሮኬሚካላዊ አፈፃፀም ወጪ ይመጣል.ይህንን የንግድ ልውውጥ ለማሻሻል ሌሎች ተመራማሪዎች በሞለኪውላዊ አወቃቀራቸው ላይ አንዳንድ ማሻሻያዎችን አድርገዋል: (i) የአልኪል ፎስፌትስ በከፊል ፍሎራይኔሽን የመቀነስ መረጋጋትን እና የእሳት ነበልባል መዘግየትን ውጤታማነት ያሻሽላል;(ii) እንደ ቢስ (2-ሜቶክሲኤቶክሲ) ሜቲኤልሊልፎስፎኔት ያሉ ውህዶችን መጠቀም፣ አጋሮቹ በግራፋይት ወለል ላይ የተረጋጋ SEI ፊልም እንዲፈጥሩ እና እንዲፈጥሩ በማድረግ አደገኛ ጎን ውጤታማ በሆነ መንገድ ይከላከላል። ምላሾች;(iii) የ P (V) ፎስፌት ወደ ፒ (III) ፎስፌት መቀየር, የ SEI መፈጠርን የሚያመቻቹ እና አደገኛ PF5 [ለምሳሌ, tris (2,2,2-trifluoroethyl) phosphite] ማጥፋት ይችላሉ;እና (iv) ኦርጋኖፎስፎረስ ተጨማሪዎችን በሳይክሊክ ፎስፋዜኖች በመተካት በተለይም ፍሎራይድድ ሳይክሎፎስፋዜን ኤሌክትሮኬሚካላዊ ተኳሃኝነትን ጨምሯል።
ምስል 6 በደረጃ 3 ያሉትን ጉዳዮች ለመፍታት ስልቶች።
(ሀ) የነበልባል-ተከላካይ ተጨማሪዎች የተለመዱ ሞለኪውላዊ መዋቅሮች።(ለ) የእነዚህ ፎስፎረስ-የያዙ ውህዶች የነበልባል መዘግየት ውጤቶች ዘዴ በአጠቃላይ ኬሚካላዊ ራዲካል-የቆሻሻ መጣያ ሂደት ነው ተብሎ ይታመናል ፣ ይህም በጋዝ ክፍል ውስጥ ለሚፈጠረው የቃጠሎ ምላሽ ተጠያቂ የሆኑትን ራዲካል ሰንሰለት ምላሾችን ያስወግዳል።ቲፒፒ, ትሪፊኒል ፎስፌት.(ሐ) የተለመደው የካርቦኔት ኤሌክትሮላይት ራስን የማጥፋት ጊዜ (SET) ከ triphenyl ፎስፌት መጨመር ጋር በእጅጉ ሊቀንስ ይችላል.(መ) ለLIBs በሙቀት-የሚቀሰቀሱ የእሳት ነበልባል-ተከላካይ ባህሪያት ያለው የ “ብልጥ” ኤሌክትሮስፓን መለያ ንድፍ።ነፃ-ቆመው መለያየት ከማይክሮ ፋይበር የተዋቀረ ነው ኮር-ሼል መዋቅር , የነበልባል መከላከያው ዋናው እና ፖሊመር ዛጎል ነው.በሙቀት መነቃቃት ላይ የፖሊሜር ዛጎል ይቀልጣል እና ከዚያም የታሸገው የእሳት ቃጠሎ ወደ ኤሌክትሮላይት ውስጥ ይለቀቃል, በዚህም የኤሌክትሮላይቶችን ማብራት እና ማቃጠል በተሳካ ሁኔታ ያስወግዳል.(E) የTPP@PVDF-HFP ማይክሮፋይበርስ ምስል ከተቀረጸ በኋላ የኮር-ሼል አወቃቀራቸውን በግልፅ ያሳያል።የመጠን ባር፣ 5 μm(ኤፍ) ለLIBs የማይቀጣጠል ኤሌክትሮላይቶች ሆነው የሚያገለግሉ የክፍል ሙቀት ionክ ፈሳሽ የተለመዱ ሞለኪውላዊ መዋቅሮች።(ጂ) የ PFPE ሞለኪውላዊ መዋቅር፣ የማይቀጣጠል perfluorinated PEO አናሎግ።ሞለኪውሎቹ ከአሁኑ የባትሪ አሠራሮች ጋር ተኳሃኝነትን ለማረጋገጥ ሁለት የሜቲል ካርቦኔት ቡድኖች በፖሊመር ሰንሰለቶች ተርሚናሎች ላይ ተስተካክለዋል።
ይህ ስምምነት ከላይ በተጠቀሱት ሞለኪውላዊ ንድፎች አማካኝነት የተሻሻለ ቢሆንም የኤሌክትሮላይት ተቀጣጣይነት እና የሕዋስ አፈፃፀም በተቀነሰው ተለዋዋጭነት መካከል ሁል ጊዜ የንግድ ልውውጥ እንዳለ ልብ ሊባል ይገባል።ሌላው ይህንን ችግር ለመፍታት የታቀደው ስትራቴጂ የእሳት ነበልባል መከላከያውን በማይክሮፋይበር ፖሊመር ዛጎል ውስጥ ማካተትን ያካትታል ፣ እነዚህም ተጨማሪ የተደራረቡ ያልተሸፈነ መለያየት (ምስል 6 ዲ) .አዲስ ኤሌክትሮስፐን ያልተሸፈነ ማይክሮፋይበር መለያያ በሙቀት-የሚቀሰቀሱ የእሳት ነበልባል-ተከላካይ ባህሪያት ለLIBዎች ተሰራ።በመከላከያ ፖሊመር ዛጎል ውስጥ ያለው የነበልባል መከላከያ ሽፋን በቀጥታ ለኤሌክትሮላይት መጋለጥን ይከላከላል ፣ ይህም በባትሪው ኤሌክትሮኬሚካላዊ አፈፃፀም ላይ አሉታዊ ተፅእኖዎችን ይከላከላል ።ምስል 6E).ነገር ግን፣ የኤልቢቢ ባትሪው የሙቀት መሸሽ ከተከሰተ፣ ፖሊ(vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) copolymer (PVDF-HFP) ዛጎሉ የሙቀት መጠኑ ሲጨምር ይቀልጣል።ከዚያም የታሸገው ትሪፊንል ፎስፌት ነበልባል መከላከያ ወደ ኤሌክትሮላይት ውስጥ ይለቀቃል, በዚህም በከፍተኛ ሁኔታ የሚቃጠሉ ኤሌክትሮላይቶች ቃጠሎን በተሳካ ሁኔታ ያስወግዳል.
ይህንን አጣብቂኝ ለመፍታት “ጨው ላይ ያተኮረ ኤሌክትሮላይት” ጽንሰ-ሀሳብ ተፈጠረ።እነዚህ እሳትን የሚያጠፋው ኦርጋኒክ ኤሌክትሮላይቶች ለሚሞሉ ባትሪዎች LiN(SO2F)2 እንደ ጨው እና ታዋቂ የ ትሪሜቲል ፎስፌት (ቲኤምፒ) እንደ ብቸኛ መሟሟት ይይዛሉ።በአኖድ ላይ የጠንካራ ጨው የተገኘ ኦርጋኒክ ያልሆነ SEI ድንገተኛ መፈጠር ለተረጋጋ ኤሌክትሮኬሚካላዊ አፈጻጸም ወሳኝ ነው።ይህ ልብ ወለድ ስትራቴጂ ወደ ተለያዩ የነበልባል ዘጋቢዎች ሊራዘም ይችላል እና ለደህንነቱ የተጠበቀ LIBs አዲስ ነበልባል-ተከላካይ አሟሚዎችን ለማዘጋጀት አዲስ መንገድ ሊከፍት ይችላል።
የማይቀጣጠል ፈሳሽ ኤሌክትሮላይቶች.ለኤሌክትሮላይት ደህንነት ጉዳዮች የመጨረሻው መፍትሄ ከውስጥ ተቀጣጣይ ያልሆኑ ኤሌክትሮላይቶችን መፍጠር ነው።በሰፊው ጥናት የተደረገበት አንዱ ተቀጣጣይ ያልሆኑ ኤሌክትሮላይቶች ቡድን ionክ ፈሳሾች በተለይም የክፍል ሙቀት ion ፈሳሾች ተለዋዋጭ ያልሆኑ (ከ 200 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በታች የሆነ የእንፋሎት ግፊት የለም) እና ተቀጣጣይ ያልሆኑ እና ሰፊ የሙቀት መስኮት አላቸው (ምስል 6 ኤፍ) .ነገር ግን፣ ከፍተኛ viscosity፣ ዝቅተኛ የሊ ማስተላለፊያ ቁጥራቸው፣ ካቶዲክ ወይም ሪዱክቲቭ አለመረጋጋት እና የ ion ፈሳሾች ከፍተኛ ወጪ የሚነሱትን ዝቅተኛ የፍጥነት አቅም ጉዳዮች ለመፍታት ቀጣይነት ያለው ጥናት ያስፈልጋል።
ዝቅተኛ ሞለኪውላዊ ክብደት hydrofluoroethers ሌላ ተቀጣጣይ ያልሆኑ ፈሳሽ ኤሌክትሮላይቶች ክፍል ናቸው ምክንያቱም ከፍ ያለ ወይም ምንም የፍላሽ ነጥብ፣ የማይቀጣጠል፣ ዝቅተኛ የገጽታ ውጥረት፣ ዝቅተኛ viscosity፣ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን፣ ወዘተ.ትክክለኛው የሞለኪውል ዲዛይን የኬሚካላዊ ባህሪያቸውን የባትሪ ኤሌክትሮላይቶችን መመዘኛዎች ለማሟላት መደረግ አለበት.በቅርብ ጊዜ የተዘገበው አንድ አስደሳች ምሳሌ በፔሮፖሊየይተር (PFPE) ፣ ባለቀለም ፖሊ polyethylene ኦክሳይድ (PEO) አናሎግ ነው ፣ ይህም በማይቀጣጠልነቱ ይታወቃል (ምስል 6ጂ) .ሞለኪውሎችን ከአሁኑ የባትሪ ስርዓቶች ጋር መጣጣምን ለማረጋገጥ በ PFPE ሰንሰለቶች (PFPE-DMC) የመጨረሻ ቡድኖች ላይ ሁለት ሜቲል ካርቦኔት ቡድኖች ተስተካክለዋል ።ስለዚህ የ PFPEs የማይቀጣጠል እና የሙቀት መረጋጋት በልዩ ሞለኪውላዊ መዋቅር ዲዛይን ምክንያት የኤሌክትሮላይት ማስተላለፊያ ቁጥር እየጨመረ የኤልቢኤስን ደህንነት በእጅጉ ሊያሻሽል ይችላል።
ደረጃ 3 የመጨረሻው ነገር ግን ለሙቀት መሸሽ ሂደት ወሳኝ ደረጃ ነው።ምንም እንኳን ዘመናዊው የፈሳሽ ኤሌክትሮላይት ተቀጣጣይነትን ለመቀነስ ከፍተኛ ጥረት ቢደረግም ድፍን-ግዛት ኤሌክትሮላይቶችን ግን ተለዋዋጭ ያልሆኑትን መጠቀም ትልቅ ተስፋ እንደሚያሳይ ሊታወቅ ይገባል።ጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች በዋናነት በሁለት ምድቦች ይከፈላሉ፡- ኦርጋኒክ ያልሆኑ ሴራሚክ ኤሌክትሮላይቶች [ሰልፋይድ፣ ኦክሳይድ፣ ናይትሬድ፣ ፎስፌትስ፣ ወዘተ] እና ጠንካራ ፖሊመር ኤሌክትሮላይቶች [የሊ ጨው ከፖሊመሮች ጋር የሚቀላቀሉት እንደ ፖሊ(ኤቲሊን ኦክሳይድ)፣ ፖሊacrylonitrile፣ ወዘተ]።ጠንካራ ኤሌክትሮላይቶችን ለማሻሻል የሚደረጉ ጥረቶች እዚህ ዝርዝር ውስጥ አይገለጹም, ምክንያቱም ይህ ርዕስ ቀደም ሲል በበርካታ የቅርብ ጊዜ ግምገማዎች ውስጥ በደንብ ተጠቃሏል.
እይታ
ቀደም ባሉት ጊዜያት የባትሪውን ደህንነት ለማሻሻል ብዙ ልብ ወለድ ቁሳቁሶች ተዘጋጅተዋል, ምንም እንኳን ችግሩ እስካሁን ሙሉ በሙሉ መፍትሄ ባያገኝም.በተጨማሪም፣ ለእያንዳንዱ የተለያዩ የባትሪ ኬሚስትሪ የደህንነት ጉዳዮች መንስኤ የሆኑት ዘዴዎች ይለያያሉ።ስለዚህ ለተለያዩ ባትሪዎች የተነደፉ ልዩ ቁሳቁሶች መንደፍ አለባቸው.ይበልጥ ውጤታማ የሆኑ ዘዴዎች እና በጥሩ ሁኔታ የተነደፉ ቁሳቁሶች ለመፈለግ እንደሚቀሩ እናምናለን.እዚህ፣ ለወደፊቱ የባትሪ ደህንነት ምርምር በርካታ ሊሆኑ የሚችሉ አቅጣጫዎችን እንዘረዝራለን።
በመጀመሪያ፣ የLIBsን ውስጣዊ የጤና ሁኔታ ለማወቅ እና ለመቆጣጠር በቦታው ወይም በኦፔራዶ ዘዴዎች ማዳበር አስፈላጊ ነው።ለምሳሌ፣ የሙቀት መሸሽ ሂደት በ LIBs ውስጥ ካለው የውስጥ ሙቀት ወይም ግፊት መጨመር ጋር በቅርበት የተያያዘ ነው።ይሁን እንጂ በባትሪዎች ውስጥ ያለው የሙቀት መጠን ስርጭት ውስብስብ ነው, እና ለኤሌክትሮላይቶች እና ለኤሌክትሮዶች እንዲሁም ለሴፓርተሮች ዋጋዎችን በትክክል ለመቆጣጠር ዘዴዎች ያስፈልጋሉ.ስለዚህ እነዚህን መለኪያዎች ለተለያዩ አካላት መለካት መቻል ለመመርመር እና የባትሪ ደህንነት አደጋዎችን ለመከላከል ወሳኝ ነው።
የሴፓርተሮች የሙቀት መረጋጋት ለባትሪ ደህንነት ወሳኝ ነው.ከፍተኛ የማቅለጫ ነጥቦች ያላቸው አዲስ የተገነቡ ፖሊመሮች የመለኪያውን የሙቀት መጠን ለመጨመር ውጤታማ ናቸው.ይሁን እንጂ የሜካኒካል ባህሪያቸው አሁንም ዝቅተኛ ነው, በባትሪ በሚገጣጠምበት ጊዜ የሂደታቸውን ሂደት በእጅጉ ይቀንሳል.በተጨማሪም ዋጋ ለተግባራዊ አተገባበር ሊታሰብበት የሚገባ ጠቃሚ ነገር ነው.
የጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች እድገት ለ LIBs የደህንነት ጉዳዮች የመጨረሻው መፍትሄ ይመስላል.ጠንካራ ኤሌክትሮላይት ከእሳት እና ፍንዳታ አደጋ ጋር የባትሪውን ውስጣዊ እጥረት በእጅጉ ይቀንሳል።ለጠንካራ ኤሌክትሮላይቶች እድገት ከፍተኛ ጥረት የተደረገ ቢሆንም አፈፃፀማቸው ከፈሳሽ ኤሌክትሮላይቶች በጣም ወደኋላ ቀርቷል።የኢንኦርጋኒክ እና ፖሊመር ኤሌክትሮላይቶች ውህዶች ትልቅ አቅም ያሳያሉ ነገር ግን ጥንቃቄ የተሞላበት ንድፍ እና ዝግጅት ያስፈልጋቸዋል።የኢንኦርጋኒክ-ፖሊመር መገናኛዎች ትክክለኛ ዲዛይን እና የአሰላለፍ ምህንድስና ለተቀላጠፈ Li-ion ትራንስፖርት ወሳኝ መሆናቸውን አጽንኦት እናደርጋለን።
ፈሳሽ ኤሌክትሮላይት የሚቀጣጠል የባትሪ አካል ብቻ እንዳልሆነ ልብ ሊባል ይገባል.ለምሳሌ፣ LIBs በጣም በሚሞሉበት ጊዜ፣ ተቀጣጣይ ሊቲየይድ አኖድ ቁሶች (ለምሳሌ ሊቲየይድ ግራፋይት) እንዲሁ ትልቅ የደህንነት ስጋት ናቸው።የጠንካራ ግዛት ቁሳቁሶችን እሳትን በብቃት ሊዘገዩ የሚችሉ የእሳት ነበልባል መከላከያዎች ደህንነታቸውን ለመጨመር በጣም ይፈለጋሉ.የነበልባል መከላከያዎች ከግራፋይት ጋር በፖሊመር ማያያዣዎች ወይም በኮንዳክቲቭ ማዕቀፎች መልክ ሊደባለቁ ይችላሉ።
የባትሪ ደህንነት በጣም የተወሳሰበ እና የተወሳሰበ ችግር ነው።የባትሪ ደህንነት የወደፊት ጊዜ የቁሳቁስን ንድፍ ለመምራት ተጨማሪ መረጃ ከሚሰጡ የላቁ የባህሪ ዘዴዎች በተጨማሪ በጥልቀት ለመረዳት በመሠረታዊ የሜካኒካል ጥናቶች ውስጥ የበለጠ ጥረት ይጠይቃል።ምንም እንኳን ይህ ክለሳ በቁሳቁስ ደረጃ ደህንነት ላይ የሚያተኩር ቢሆንም፣ የኤልቢኤስን ደህንነት ጉዳይ ለመፍታት አጠቃላይ አቀራረብ እንደሚያስፈልግ ልብ ሊባል ይገባል፣ እነዚህ ቁሳቁሶች፣ የሕዋስ ክፍሎች እና ቅርፀቶች እና የባትሪ ሞጁል እና ፓኮች ከዚህ በፊት ባትሪዎችን አስተማማኝ ለማድረግ እኩል ሚና ይጫወታሉ። ለገበያ ይለቀቃሉ.
ማጣቀሻዎች እና ማስታወሻዎች
Kai Liu፣ Yayuan Liu፣ DingchangLin፣ Allen Pei፣ Yi Cui፣ የሊቲየም-አዮን የባትሪ ደህንነት ቁሶች፣ ScienceAdvances፣ DOI:10.1126/sciadv.aas9820
የልጥፍ ሰዓት፡- ሰኔ-05-2021
