Бүкіл әлемде электрлі көліктердің қарқынды дамуымен электромобильдер нарығының көлемі 2020 жылы 1 триллион долларға жетті және болашақта жылына 20%-дан астам қарқынмен өсуді жалғастырады.Сондықтан электр көліктері негізгі көлік түрі ретінде қуат батареяларына қойылатын өнімділік талаптары барған сайын жоғары болады және батареяның ыдырауының төмен температуралы орталарда қуат батареясының жұмысына әсерін елемеуге болмайды.Төмен температуралы орталарда батареяның ыдырауының негізгі себептері: Біріншіден, төмен температура батареяның кіші ішкі кедергісіне әсер етеді, жылу диффузиялық ауданы үлкен және батареяның ішкі кедергісі артады.Екіншіден, зарядты тасымалдау қабілетінің ішіндегі және сыртындағы батарея нашар, аккумулятордың деформациясы жергілікті қайтымсыз поляризация кезінде орын алады.Үшіншіден, электролиттің молекулалық қозғалысының төмен температурасы температура көтерілген кезде баяу және уақыт бойынша диффузияға қиын.Сондықтан төмен температурадағы батареяның ыдырауы елеулі болып табылады, нәтижесінде батарея өнімділігі айтарлықтай нашарлайды.
1、Төмен температуралы батарея технологиясының күйі
Төмен температурада дайындалған литий-иондық қуат батареяларының техникалық және материалдық өнімділігіне қойылатын талаптар жоғары.Төмен температуралы ортада литий-ионды қуат батареясының өнімділігінің айтарлықтай төмендеуі электролиттік диффузияның қиындауына және жасуша циклінің қысқаруына әкелетін ішкі кедергінің артуына байланысты.Сондықтан, төмен температуралы қуат батареясының технологиясы бойынша зерттеулер соңғы жылдары біршама прогреске қол жеткізді.Дәстүрлі жоғары температуралы литий-ионды аккумуляторлардың жоғары температурада нашар өнімділігі бар, ал олардың өнімділігі төмен температура жағдайында әлі де тұрақсыз;төмен температуралы ұяшықтардың үлкен көлемі, төмен сыйымдылық және төмен температура циклінің нашар өнімділігі;поляризация жоғары температураға қарағанда төмен температурада айтарлықтай күшті;төмен температурада электролиттің тұтқырлығының жоғарылауы заряд/разряд циклдерінің санының азаюына әкеледі;ұяшықтардың қауіпсіздігінің төмендеуі және төмен температурада батареяның қызмет ету мерзімінің қысқаруы;және төмен температурада пайдалану өнімділігі төмендейді.Сонымен қатар, төмен температурада батареяның қысқа қызмет ету мерзімі және төмен температуралы элементтердің қауіпсіздік тәуекелдері қуат батареяларының қауіпсіздігіне жаңа талаптар қойды.Сондықтан төмен температуралы орталар үшін тұрақты, қауіпсіз, сенімді және ұзақ қызмет ететін қуат батареяларының материалдарын жасау төмен температуралы литий-ионды батареялар бойынша зерттеулердің басты бағыты болып табылады.Қазіргі уақытта бірнеше төмен температуралы литий-ионды батарея материалдары бар: (1) литий-металл анодтық материалдар: литий металы жоғары химиялық тұрақтылық, жоғары электр өткізгіштік және төмен температурада зарядтау және разрядтау өнімділігі арқасында электрлік көліктерде кеңінен қолданылады;(2) көміртекті анод материалдары жақсы ыстыққа төзімділігі, төмен температуралық цикл өнімділігі, төмен электр өткізгіштігі және төмен температурада төмен температура циклінің қызмет ету мерзімі болғандықтан электр көліктерінде кеңінен қолданылады;(3) көміртекті анод материалдары жақсы ыстыққа төзімділігі, төмен температуралық цикл өнімділігі, төмен электр өткізгіштігі және төмен температура циклінің қызмет ету мерзімі болғандықтан электр көліктерінде кеңінен қолданылады.ішінде;(3) органикалық электролиттер төмен температурада жақсы өнімділікке ие;(4) полимер электролиттер: полимер молекулалық тізбектері салыстырмалы түрде қысқа және жоғары жақындығы бар;(5) бейорганикалық материалдар: бейорганикалық полимерлер жақсы өнімділік параметрлеріне (өткізгіштік) және электролиттік белсенділік арасында жақсы үйлесімділікке ие;(6) металл оксидтері аз;(7) бейорганикалық материалдар: бейорганикалық полимерлер және т.б.
2、Төмен температура ортасының литий батареясына әсері
Литий батареяларының қызмет ету мерзімі негізінен зарядсыздандыру процесіне байланысты, ал төмен температура литий өнімдерінің қызмет ету мерзіміне көбірек әсер ететін фактор болып табылады.Әдетте, төмен температура жағдайында аккумулятордың беті фазалық өзгеріске ұшырап, беттік құрылымды зақымдайды, бұл сыйымдылық пен ұяшық сыйымдылығының төмендеуімен бірге жүреді.Жоғары температура жағдайында ұяшықта газ пайда болады, ол жылу диффузиясын жеделдетеді;төмен температурада газды уақытында босату мүмкін емес, бұл батарея сұйықтығының фазалық өзгеруін жеделдетеді;температура неғұрлым төмен болса, соғұрлым көп газ пайда болады және батарея сұйықтығының фазалық өзгеруі баяу болады.Сондықтан аккумулятордың ішкі материалының өзгеруі төмен температурада күрт және күрделірек болады және батарея материалының ішінде газдар мен қатты заттарды шығару оңайырақ;сонымен қатар төмен температура катодтық материал мен электролит арасындағы шекарада қайтымсыз химиялық байланыстың үзілуі сияқты бірқатар деструктивті реакцияларға әкеледі;бұл сонымен қатар электролиттің өздігінен жиналуының және циклдің қызмет ету мерзімінің қысқаруына әкеледі;литий-иондық зарядты электролитке беру мүмкіндігі төмендейді;зарядтау және разрядтау процесі литий-ионды зарядты тасымалдау кезінде поляризация құбылысы, батарея сыйымдылығының ыдырауы және литий-ионды батареялардың циклінің қызмет ету мерзіміне және энергия тығыздығына және басқа функцияларға әсер ететін ішкі кернеуді босату сияқты тізбекті реакцияларды тудырады.Төмен температурада температура неғұрлым төмен болса, батарея бетіндегі тотығу-тотықсыздану реакциясы, термиялық диффузия, ұяшық ішіндегі фазаның өзгеруі және тіпті толық жойылу сияқты әртүрлі деструктивті реакциялар соғұрлым қарқынды және күрделі болады, өз кезегінде электролит сияқты тізбекті реакциялар сериясын тудырады. өзін-өзі құрастыру, реакция жылдамдығы неғұрлым баяу болса, батарея сыйымдылығының ыдырауы соғұрлым ауыр болады және жоғары температурада литий-ион зарядының көшу қабілеті соғұрлым нашар болады.
3、 Төмен температура литий батареясының технологиясын зерттеу перспективалары бойынша
Төмен температуралы ортада батареяның қауіпсіздігіне, циклдің қызмет ету мерзіміне және ұяшық температурасының тұрақтылығына әсер етеді, ал төмен температураның литий батареяларының қызмет ету мерзіміне әсерін елемеуге болмайды.Қазіргі уақытта диафрагма, электролит, оң және теріс электродтық материалдар және басқа әдістерді қолдана отырып, төмен температуралы қуат батареясының технологиясын зерттеу және дамыту біршама прогреске қол жеткізді.Болашақта төмен температуралы литий батареясының технологиясын дамыту келесі аспектілерден жетілдірілуі керек: (1) жоғары энергия тығыздығы, ұзақ қызмет ету мерзімі, төмен әлсіреу, шағын өлшемді және төмен температурада төмен құны бар литий батареясының материал жүйесін дамыту. ;(2) құрылымдық дизайн және материалды дайындау технологиясы арқылы батареяның ішкі кедергісін бақылауды үздіксіз жетілдіру;(3) жоғары сыйымдылықты, арзан литий батареялар жүйесін әзірлеу кезінде электролиттік қоспаларға, литий-иондық және анодтық және катодтық интерфейске және ішкі белсенді материалға және басқа да негізгі факторларға назар аудару керек;(4) батарея циклінің өнімділігін (зарядтау және разрядтың ерекше энергиясы), төмен температуралық ортада батареяның термиялық тұрақтылығын, төмен температуралық ортада литий батареяларының қауіпсіздігін және басқа батарея технологиясын дамыту бағытын жақсарту;(5) төмен температура жағдайында жоғары қауіпсіздік өнімділігі, жоғары құны және төмен қуатты батарея жүйесінің шешімдерін әзірлеу;(6) төмен температуралы батареяға қатысты өнімдерді әзірлеу және олардың қолданылуын ынталандыру;(7) өнімділігі жоғары төмен температураға төзімді батарея материалдарын және құрылғы технологиясын әзірлеу.
Әрине, жоғарыда аталған зерттеу бағыттарынан басқа, төмен температура жағдайында батареяның өнімділігін одан әрі жақсарту, төмен температуралы батареялардың энергия тығыздығын жақсарту, төмен температуралы орталарда батареяның тозуын азайту, батареяның қызмет ету мерзімін ұзарту және басқа зерттеулер үшін көптеген зерттеу бағыттары бар. прогресс;бірақ ең маңызды мәселе жоғары өнімділікке, жоғары қауіпсіздікке, төмен бағаға, жоғары диапазонға, ұзақ қызмет ету мерзіміне және төмен температура жағдайында батареяларды коммерцияландыруға қалай қол жеткізуге болады.
Жіберу уақыты: 22 қараша 2022 ж