Дзякуючы хуткаму развіццю электрамабіляў ва ўсім свеце, у 2020 годзе аб'ём рынку электрамабіляў дасягнуў 1 трыльёна долараў і будзе расці больш чым на 20% у год у будучыні.Такім чынам, электрычныя транспартныя сродкі як асноўны від транспарту, патрабаванні да прадукцыйнасці акумулятарных батарэй будуць усё больш высокімі, і нельга ігнараваць уплыў распаду акумулятара на прадукцыйнасць акумулятарнай батарэі ва ўмовах нізкай тэмпературы.Асноўныя прычыны разлажэння батарэі ў асяроддзі з нізкай тэмпературай: па-першае, нізкая тэмпература ўплывае на малы ўнутраны супраціў батарэі, плошча цеплавой дыфузіі вялікая, і ўнутранае супраціўленне батарэі павялічваецца.Па-другое, батарэя ўнутры і звонку здольнасць перадачы зарада дрэнная, дэфармацыя батарэі будзе адбывацца, калі мясцовая незваротная палярызацыя.Па-трэцяе, нізкатэмпературны малекулярны рух электраліта адбываецца павольна і цяжка распаўсюджвацца ў часе, калі тэмпература павышаецца.Такім чынам, развал батарэі пры нізкай тэмпературы з'яўляецца сур'ёзным, што прыводзіць да сур'ёзнага зніжэння прадукцыйнасці батарэі.
1、Статус тэхналогіі нізкатэмпературных батарэй
Тэхнічныя і матэрыяльныя патрабаванні да літый-іённых акумулятараў, прыгатаваных пры нізкіх тэмпературах, высокія.Сур'ёзнае пагаршэнне прадукцыйнасці літый-іённай батарэі харчавання ў асяроддзі з нізкімі тэмпературамі звязана з павелічэннем унутранага супраціву, што прыводзіць да цяжкасці дыфузіі электраліта і скарачэння тэрміну службы элемента.Такім чынам, даследаванні тэхналогіі нізкатэмпературных батарэй дасягнулі пэўнага прагрэсу ў апошнія гады.Традыцыйныя высокатэмпературныя літый-іённыя акумулятары маюць дрэнныя характарыстыкі пры высокіх тэмпературах, і іх праца па-ранейшаму нестабільная пры нізкіх тэмпературах;вялікі аб'ём нізкатэмпературных элементаў, нізкая ёмістасць і нізкая прадукцыйнасць нізкатэмпературнага цыклу;палярызацыя значна мацней пры нізкай тэмпературы, чым пры высокай;падвышаная глейкасць электраліта пры нізкай тэмпературы прыводзіць да памяншэння колькасці цыклаў зарада/разраду;зніжэнне захаванасці элементаў і скарачэнне тэрміну службы батарэі пры нізкай тэмпературы;і зніжэнне прадукцыйнасці пры выкарыстанні пры нізкай тэмпературы.Акрамя таго, кароткі тэрмін службы акумулятара пры нізкай тэмпературы і рызыкі для бяспекі нізкатэмпературных элементаў вылучылі новыя патрабаванні да бяспекі акумулятараў.Такім чынам, распрацоўка стабільных, бяспечных, надзейных і даўгавечных акумулятарных матэрыялаў для нізкатэмпературных асяроддзяў знаходзіцца ў цэнтры ўвагі даследаванняў нізкатэмпературных літый-іённых акумулятараў.У цяперашні час існуе некалькі матэрыялаў для нізкатэмпературных літый-іённых акумулятараў: (1) анодныя матэрыялы з металічнага літыя: металічны літый шырока выкарыстоўваецца ў электрамабілях з-за яго высокай хімічнай стабільнасці, высокай электраправоднасці і нізкатэмпературных характарыстык зарада і разраду;(2) вугляродныя анодныя матэрыялы шырока выкарыстоўваюцца ў электрычных транспартных сродках з-за іх добрай тэрмаўстойлівасці, прадукцыйнасці нізкатэмпературнага цыклу, нізкай электраправоднасці і тэрміну службы нізкатэмпературнага цыклу пры нізкіх тэмпературах;(3) матэрыялы вугляроднага анода шырока выкарыстоўваюцца ў электрамабілях з-за іх добрай тэрмаўстойлівасці, прадукцыйнасці пры нізкіх тэмпературах, нізкай электраправоднасці і тэрміну службы пры нізкіх тэмпературах.у;(3) арганічныя электраліты маюць добрую прадукцыйнасць пры нізкай тэмпературы;(4) палімерныя электраліты: малекулярныя ланцугі палімера адносна кароткія і маюць высокую аффинность;(5) неарганічныя матэрыялы: неарганічныя палімеры маюць добрыя параметры прадукцыйнасці (праводнасць) і добрую сумяшчальнасць паміж актыўнасцю электраліта;(6) аксідаў металаў менш;(7) неарганічныя матэрыялы: неарганічныя палімеры і г.д.
2、Уплыў нізкай тэмпературы навакольнага асяроддзя на літыевую батарэю
Тэрмін службы літыевых батарэй у асноўным залежыць ад працэсу разрадкі, у той час як нізкая тэмпература з'яўляецца фактарам, які аказвае большы ўплыў на тэрмін службы літыевых прадуктаў.Звычайна пры нізкай тэмпературы на паверхні батарэі адбываецца фазавая змена, што прыводзіць да пашкоджання структуры паверхні, што суправаджаецца памяншэннем ёмістасці і ёмістасці элемента.Ва ўмовах высокай тэмпературы ў клетцы ўтвараецца газ, які паскарае цеплавую дыфузію;пры нізкай тэмпературы газ не можа быць разраджаны своечасова, паскараючы змену фазы вадкасці батарэі;чым ніжэй тэмпература, тым больш утвараецца газу і павольней змяняецца фаза вадкасці акумулятара.Такім чынам, змяненне ўнутранага матэрыялу батарэі больш рэзкае і складанае пры нізкай тэмпературы, і лягчэй утвараць газы і цвёрдыя рэчывы ўнутры матэрыялу батарэі;у той жа час нізкая тэмпература прывядзе да серыі разбуральных рэакцый, такіх як незваротны разрыў хімічнай сувязі на мяжы паміж матэрыялам катода і электралітам;гэта таксама прывядзе да памяншэння самазборкі электраліта і жыцця цыкла;здольнасць перадачы зарада іёнаў літыя да электраліта будзе зніжана;працэс зарадкі і разрадкі выкліча серыю ланцуговых рэакцый, такіх як з'ява палярызацыі падчас перадачы зарада іёнаў літыя, зніжэнне ёмістасці акумулятара і вызваленне ўнутранага напружання, што ўплывае на тэрмін службы і шчыльнасць энергіі літый-іённых батарэй і іншыя функцыі.Чым ніжэй тэмпература пры нізкай тэмпературы, тым больш інтэнсіўныя і складаныя розныя разбуральныя рэакцыі, такія як акісляльна-аднаўленчая рэакцыя на паверхні акумулятара, цеплавая дыфузія, змена фазы ўнутры элемента і нават поўнае разбурэнне, у сваю чаргу, выклічуць шэраг ланцуговых рэакцый, такіх як электраліт самазборкі, чым павольней хуткасць рэакцыі, тым больш сур'ёзны спад ёмістасці акумулятара і тым горш здольнасць да міграцыі зарада іёнаў літыя пры высокай тэмпературы.
3、 Нізкая тэмпература на перспектывах даследаванняў тэхналогіі літыевых батарэй
У асяроддзі з нізкімі тэмпературамі бяспека, тэрмін службы і стабільнасць тэмпературы элемента батарэі будуць закрануты, і нельга ігнараваць уплыў нізкай тэмпературы на тэрмін службы літыевых батарэй.У цяперашні час даследаванні і распрацоўкі тэхналогіі нізкатэмпературных батарэй з выкарыстаннем дыяфрагмы, электраліта, матэрыялаў станоўчага і адмоўнага электродаў і іншых метадаў дасягнулі пэўнага прагрэсу.У будучыні развіццё тэхналогіі нізкатэмпературных літыевых батарэй павінна быць палепшана з наступных аспектаў: (1) распрацоўка матэрыяльнай сістэмы літыевых батарэй з высокай шчыльнасцю энергіі, доўгім тэрмінам службы, нізкім згасаннем, невялікім памерам і нізкай коштам пры нізкай тэмпературы. ;(2) бесперапыннае ўдасканаленне кантролю ўнутранага супраціву батарэі праз канструкцыю і тэхналогію падрыхтоўкі матэрыялаў;(3) пры распрацоўцы сістэмы літыевых батарэй высокай ёмістасці і нізкай кошту варта звярнуць увагу на дабаўкі электраліта, іёны літыя, аноды і катоды, унутраны актыўны матэрыял і іншыя ключавыя фактары, якія ўплываюць;(4) палепшыць прадукцыйнасць цыкла батарэі (удзельная энергія зарада і разраду), тэрмічную стабільнасць батарэі пры нізкіх тэмпературах, бяспеку літыевых батарэй пры нізкіх тэмпературах і іншыя напрамкі развіцця тэхналогіі акумулятараў;(5) распрацаваць высокія характарыстыкі бяспекі, высокі кошт і танную энергазабеспячэнне сістэмных рашэнняў ва ўмовах нізкіх тэмператур;(6) распрацоўка прадуктаў, звязаных з нізкатэмпературнымі батарэямі, і прасоўванне іх прымянення;(7) распрацоўваць высокаэфектыўныя ўстойлівыя да нізкіх тэмператур акумулятарныя матэрыялы і тэхналогію прылад.
Вядома, у дадатак да вышэйпералічаных напрамкаў даследаванняў, існуе таксама шмат напрамкаў даследаванняў для далейшага паляпшэння прадукцыйнасці акумулятара пры нізкіх тэмпературах, павышэння шчыльнасці энергіі нізкатэмпературных акумулятараў, зніжэння дэградацыі акумулятара пры нізкіх тэмпературах, падаўжэння тэрміну службы акумулятара і іншыя даследаванні прагрэс;але больш важным пытаннем з'яўляецца тое, як дасягнуць высокай прадукцыйнасці, высокай бяспекі, нізкай кошту, вялікага радыусу дзеяння, доўгага тэрміну службы і нізкай кошту камерцыялізацыя акумулятараў пры нізкіх тэмпературах з'яўляецца цяперашнім Даследаванне павінна засяродзіцца на прарыве і вырашэнні праблемы.
Час публікацыі: 22 лістапада 2022 г