Bərk vəziyyətdə olan batareyalar: "Əvəzedicilər" nə vaxt "Əsas" olacaq?

Bərk vəziyyətdə olan batareyalaryeni nəsil enerji mənbəyi kimi ortaya çıxır, lakin hibrid bərk-maye batareyalar ilk növbədə kommersiyalaşdırılacaq və bugünkü maye litium-ion hüceyrələri ilə gələcək tam bərk vəziyyət sistemləri arasında mühüm körpü rolunu oynayacaq.

Bərk hallı batareyalar nələrdir

Bərk vəziyyətdə olan akkumulyatorlar yanan maye elektrolitləri bərk materiallarla əvəz edərək daha yüksək enerji sıxlığı və daha yaxşı təhlükəsizlik performansını təmin edir. Onların katodları litiumla zəngin manqan əsaslı birləşmələr kimi yüksək enerjili materiallardan istifadə edə bilər, anod isə enerji sıxlığını 300-450 Wh/kq-a çatdırmaq üçün nano-silikon və qrafiti birləşdirə bilər.

Bərk elektrolit sızma riski olmadan litium ionlarını daşıyır və termal qaçma ehtimalını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.

Daha yüksək tutumlu anodlar və yüksək gərginlikli katodlar bərk hallı akkumulyatorlara elektrikli nəqliyyat vasitələrində daha uzun sürmə məsafəsi və dronlarda və ya enerji saxlama sistemlərində təkmilləşdirilmiş dözümlülük potensialı verir.

Hibrid bərk-maye keçid kimi

Məqalədə maye, hibrid bərk-maye və tam bərk vəziyyətdə olan litium batareyaları fərqləndirilir və hibrid dizaynların mühüm keçid mərhələsi olduğu vurğulanır. Bazarda olan yarı bərk, kvazi bərk və “bərk” batareyalar əsasən bu hibrid kateqoriyaya aiddir və yalnız mayenin bərk elektrolitə nisbətində fərqlənir.

Hibrid bərk-maye batareyalar hələ də aktiv materiallarla təması yaxşılaşdıran və istehsalı asanlaşdıran bir qədər maye elektrolit ehtiva edir.

Tam bərk vəziyyətdə olan batareyalar yalnız bərk elektrolitdən ibarətdir, daha yaxşı daxili təhlükəsizlik və daha yüksək nəzəri enerji sıxlığı təklif edir, lakin bu gün daha ciddi mühəndislik problemləri ilə üzləşir.

Tam bərk vəziyyətə texniki maneələr

Dünyadakı bir çox şirkət və tədqiqat institutları bərk cisim texnologiyasına sərmayə qoysalar da, hələ də heç bir böyük tutumlu bərk cisim enerji hüceyrəsi həm performans, həm də qiymət baxımından maye litium-ion batareyalarına uyğun gəlməmişdir. Əsas çətinlik bərk-bərk interfeysindədir, burada sərt elektrolit materialları velosiped sürmə və həcm dəyişiklikləri zamanı elektrodlarla intim əlaqə saxlamağı çətinləşdirir.

Mövcud marşrutlara polimer, nazik təbəqə, sulfid və oksid bərk vəziyyətdə olan batareyalar daxildir, hər birinin fərqli üstünlükləri və məhdudiyyətləri var.

Məsələn, polimer bərk-dövlət hüceyrələri otaq temperaturunda və yüksək gərginlikli katodlarla mübarizə aparır, sulfid sistemləri isə havaya həssasdır və tələbkar istehsal şəraiti tələb edir.

Yerində bərkimə strategiyası

Mövcud litium-ion infrastrukturundan istifadə edərkən interfeys problemlərini aradan qaldırmaq üçün tədqiqatçılar hibrid bərk-maye elektrolitlər üçün in-situ bərkimə yanaşmasını təklif edirlər. Hüceyrələrin yığılması zamanı maye prekursor yaxşı nəmlənməni və təması təmin edir; daha sonra kimyəvi və ya elektrokimyəvi reaksiyalar bu mayenin hamısını və ya bir hissəsini hüceyrə daxilində bərk elektrolitə çevirir.

Bu üsul elektrod-elektrolit kontaktını yaxşılaşdırır, litium dendrit artımını boğur və təhlükəsizlik, yüksək gərginlik və sürətli doldurma performansını tarazlaşdırır.

O, həmçinin hazırkı maye litium-ion istehsal prosesinin çox hissəsini təkrar istifadə edə bilər ki, bu da istehsalçılara miqyasını daha tez genişləndirməyə və xərcləri azaltmağa kömək edir.

Gələcək inkişaf istiqamətləri

Mütəxəssislər gözləyirlər ki, tam bərk vəziyyətdə olan litium batareyaları həqiqi geniş miqyaslı kommersiyalaşdırılmadan əvvəl təxminən beş il tələb olunacaq, buna görə də hibrid bərk-maye enerjili batareyalar real yaxın müddətli yol olaraq qalır. Sənayeləşməni sürətləndirmək üçün məqalədə materiallar, hüceyrə dizaynı, istehsal və standartlarda koordinasiyalı tərəqqiyə ehtiyac vurğulanır.

Prioritetlərə aşağıdakılar daxildir: balanslaşdırılmış ion keçiriciliyi, sabitliyi və emal qabiliyyəti ilə bərk elektrolitlərin hazırlanması; yüksək nikelli katodlar və silikon-karbon və ya litium metal anodlar kimi yüksək enerjili elektrodların uyğunlaşdırılması; və rəqəmsal simulyasiyanı ağıllı istehsalla birləşdirmək.

Sənaye əsas materiallar üçün möhkəm təchizat zəncirləri qurmağa, avtomatlaşdırılmış avadanlıqlara sərmayə qoymağa, sınaq və qiymətləndirmə sistemlərini təkmilləşdirməyə və tədricən hibrid bərk-mayedən təkamül etməyə təşviq olunur. litium-ion batareyalartam bərk hallı litium metal batareyalara doğru.