ელექტრომობილების სწრაფი განვითარებით მთელ მსოფლიოში, ელექტრომობილების ბაზრის მოცულობამ 2020 წელს მიაღწია 1 ტრილიონ დოლარს და მომავალში გაგრძელდება ზრდა წელიწადში 20%-ზე მეტი ტემპით. ამიტომ, ელექტრო სატრანსპორტო საშუალებების, როგორც ტრანსპორტირების ძირითადი რეჟიმი, ენერგიის ბატარეების შესრულების მოთხოვნები სულ უფრო მაღალი იქნება და ბატარეის დაშლის გავლენა ელექტროენერგიის ბატარეის მუშაობაზე დაბალი ტემპერატურის გარემოში არ უნდა იყოს იგნორირებული. დაბალტემპერატურულ გარემოში ბატარეის დაშლის ძირითადი მიზეზებია: პირველი, დაბალი ტემპერატურა გავლენას ახდენს ბატარეის მცირე შიდა წინააღმდეგობაზე, თერმული დიფუზიის არეალი დიდია და ბატარეის შიდა წინააღმდეგობა იზრდება. მეორე, ბატარეის შიგნით და გარეთ დატენვის გადაცემის სიმძლავრე ცუდია, ბატარეის დეფორმაცია მოხდება ადგილობრივი შეუქცევადი პოლარიზაციის დროს. მესამე, ელექტროლიტის მოლეკულური მოძრაობის დაბალი ტემპერატურა ნელია და ძნელია გავრცელება დროში, როდესაც ტემპერატურა იზრდება. ამიტომ, დაბალი ტემპერატურის ბატარეის დაშლა სერიოზულია, რაც იწვევს ბატარეის მუშაობის სერიოზულ დეგრადაციას.
1, დაბალი ტემპერატურის ბატარეის ტექნოლოგიის სტატუსი
დაბალ ტემპერატურაზე მომზადებული ლითიუმ-იონური ბატარეების ტექნიკური და მატერიალური მუშაობის მოთხოვნები მაღალია. ლითიუმ-იონური ბატარეის მუშაობის სერიოზული დეგრადაცია დაბალი ტემპერატურის გარემოში გამოწვეულია შიდა წინააღმდეგობის გაზრდით, რაც იწვევს ელექტროლიტების დიფუზიის სირთულეს და უჯრედის ციკლის სიცოცხლის შემცირებას. ამრიგად, დაბალი ტემპერატურის ენერგიის ბატარეის ტექნოლოგიაზე კვლევამ გარკვეული პროგრესი განიცადა ბოლო წლებში. ტრადიციულ მაღალტემპერატურულ ლითიუმ-იონურ ბატარეებს აქვთ ცუდი მაღალი ტემპერატურა და მათი მუშაობა ჯერ კიდევ არასტაბილურია დაბალი ტემპერატურის პირობებში; დაბალი ტემპერატურის უჯრედების დიდი მოცულობა, დაბალი სიმძლავრე და დაბალი ტემპერატურის ციკლის ცუდი შესრულება; პოლარიზაცია მნიშვნელოვნად უფრო ძლიერია დაბალ ტემპერატურაზე, ვიდრე მაღალ ტემპერატურაზე; ელექტროლიტის გაზრდილი სიბლანტე დაბალ ტემპერატურაზე იწვევს დამუხტვის/გამორთვის ციკლების რაოდენობის შემცირებას; უჯრედების უსაფრთხოების შემცირება და დაბალ ტემპერატურაზე ბატარეის მუშაობის შემცირება; და დაბალ ტემპერატურაზე გამოყენებისას შემცირებული შესრულება. გარდა ამისა, დაბალ ტემპერატურაზე ბატარეის მოკლე ციკლის ხანგრძლივობამ და დაბალი ტემპერატურის უჯრედების უსაფრთხოების რისკებმა წამოაყენა ახალი მოთხოვნები ელექტრო ბატარეების უსაფრთხოებისთვის. აქედან გამომდინარე, სტაბილური, უსაფრთხო, საიმედო და გრძელვადიანი ენერგიის ბატარეის მასალების შემუშავება დაბალი ტემპერატურის გარემოში არის დაბალი ტემპერატურის ლითიუმ-იონური ბატარეების კვლევა. დღეისათვის არსებობს რამდენიმე დაბალი ტემპერატურის ლითიუმ-იონური ბატარეის მასალა: (1) ლითიუმის მეტალის ანოდის მასალები: ლითიუმის ლითონი ფართოდ გამოიყენება ელექტრო მანქანებში მისი მაღალი ქიმიური სტაბილურობის, მაღალი ელექტროგამტარობის და დაბალი ტემპერატურის დატენვისა და გამონადენის გამო; (2) ნახშირბადის ანოდის მასალები ფართოდ გამოიყენება ელექტრო სატრანსპორტო საშუალებებში მათი კარგი სითბოს წინააღმდეგობის, დაბალი ტემპერატურის ციკლის მუშაობის, დაბალი ელექტრული გამტარობისა და დაბალი ტემპერატურის ციკლის სიცოცხლის გამო დაბალ ტემპერატურაზე; (3) ნახშირბადის ანოდის მასალები ფართოდ გამოიყენება ელექტრო სატრანსპორტო საშუალებებში მათი კარგი სითბოს წინააღმდეგობის, დაბალი ტემპერატურის ციკლის შესრულების, დაბალი ელექტრული გამტარობისა და დაბალი ტემპერატურის ციკლის სიცოცხლის გამო. in; (3) ორგანულ ელექტროლიტებს აქვთ კარგი მოქმედება დაბალ ტემპერატურაზე; (4) პოლიმერული ელექტროლიტები: პოლიმერული მოლეკულური ჯაჭვები შედარებით მოკლეა და აქვთ მაღალი აფინურობა; (5) არაორგანული მასალები: არაორგანულ პოლიმერებს აქვთ კარგი შესრულების პარამეტრები (გამტარობა) და კარგი თავსებადობა ელექტროლიტების აქტივობას შორის; (6) ლითონის ოქსიდები ნაკლებია; (7) არაორგანული მასალები: არაორგანული პოლიმერები და ა.შ.
2, დაბალი ტემპერატურის გარემოს ეფექტი ლითიუმის ბატარეაზე
ლითიუმის ბატარეების ციკლის ხანგრძლივობა ძირითადად დამოკიდებულია განმუხტვის პროცესზე, ხოლო დაბალი ტემპერატურა არის ფაქტორი, რომელიც უფრო დიდ გავლენას ახდენს ლითიუმის პროდუქტების სიცოცხლეზე. ჩვეულებრივ, დაბალი ტემპერატურის გარემოში, ბატარეის ზედაპირი განიცდის ფაზურ ცვლილებას, რაც იწვევს ზედაპირის სტრუქტურის დაზიანებას, რასაც თან ახლავს სიმძლავრის და უჯრედის სიმძლავრის შემცირება. მაღალი ტემპერატურის პირობებში უჯრედში წარმოიქმნება გაზი, რომელიც დააჩქარებს თერმული დიფუზიას; დაბალი ტემპერატურის პირობებში, გაზი დროულად ვერ გამოიყოფა, რაც აჩქარებს ბატარეის სითხის ფაზურ ცვლილებას; რაც უფრო დაბალია ტემპერატურა, მით მეტი გაზი წარმოიქმნება და ნელა იცვლება ბატარეის სითხე. აქედან გამომდინარე, ბატარეის შიდა მასალის ცვლილება უფრო მკვეთრი და რთულია დაბალ ტემპერატურაზე და უფრო ადვილია აირების და მყარი ნივთიერებების წარმოქმნა ბატარეის მასალის შიგნით; ამავდროულად, დაბალი ტემპერატურა გამოიწვევს დესტრუქციული რეაქციების სერიას, როგორიცაა შეუქცევადი ქიმიური ბმის გაწყვეტა კათოდის მასალასა და ელექტროლიტს შორის ინტერფეისზე; ეს ასევე გამოიწვევს ელექტროლიტების თვითშეკრების და ციკლის სიცოცხლის შემცირებას; შემცირდება ლითიუმის იონის მუხტის ელექტროლიტზე გადაცემის შესაძლებლობა; დატენვის და განმუხტვის პროცესი გამოიწვევს ჯაჭვურ რეაქციებს, როგორიცაა პოლარიზაციის ფენომენი ლითიუმის იონური მუხტის გადაცემის დროს, ბატარეის სიმძლავრის დაქვეითება და შიდა სტრესის გამოთავისუფლება, რაც გავლენას ახდენს ლითიუმის იონური ბატარეების ციკლის სიცოცხლესა და ენერგიის სიმკვრივეზე და სხვა ფუნქციებზე. რაც უფრო დაბალია ტემპერატურა დაბალ ტემპერატურაზე, მით უფრო ინტენსიური და რთული იქნება სხვადასხვა დესტრუქციული რეაქციები, როგორიცაა რედოქსის რეაქცია ბატარეის ზედაპირზე, თერმული დიფუზია, უჯრედის შიგნით ფაზის ცვლილება და სრული განადგურებაც კი, თავის მხრივ გამოიწვევს ჯაჭვური რეაქციების სერიას, როგორიცაა ელექტროლიტი. თვითშეკრება, რაც უფრო ნელია რეაქციის სიჩქარე, მით უფრო სერიოზულია ბატარეის სიმძლავრის დაშლა და მით უფრო ცუდია ლითიუმის იონის მუხტის მიგრაციის უნარი მაღალ ტემპერატურაზე.
3, დაბალი ტემპერატურა ლითიუმის ბატარეის ტექნოლოგიის კვლევის პერსპექტივების პროგრესზე
დაბალ ტემპერატურულ გარემოში იმოქმედებს ბატარეის უსაფრთხოებაზე, ციკლის ხანგრძლივობაზე და უჯრედის ტემპერატურის სტაბილურობაზე და დაბალი ტემპერატურის ზემოქმედება ლითიუმის ბატარეების სიცოცხლეზე არ შეიძლება იგნორირებული იყოს. ამჟამად, დაბალი ტემპერატურის ბატარეის ტექნოლოგიის კვლევამ და განვითარებამ დიაფრაგმის, ელექტროლიტის, დადებითი და უარყოფითი ელექტროდების მასალების და სხვა მეთოდების გამოყენებით გარკვეული პროგრესი მიაღწია. მომავალში, დაბალი ტემპერატურის ლითიუმის ბატარეის ტექნოლოგიის განვითარება უნდა გაუმჯობესდეს შემდეგი ასპექტებიდან: (1) ლითიუმის ბატარეის მასალის სისტემის შემუშავება მაღალი ენერგიის სიმკვრივით, ხანგრძლივობით, დაბალი შესუსტებით, მცირე ზომის და დაბალი ღირებულებით დაბალ ტემპერატურაზე. ; (2) ბატარეის შიდა წინააღმდეგობის კონტროლის უწყვეტი გაუმჯობესება სტრუქტურული დიზაინისა და მასალის მომზადების ტექნოლოგიის მეშვეობით; (3) მაღალი სიმძლავრის, დაბალფასიანი ლითიუმის ბატარეის სისტემის შემუშავებისას ყურადღება უნდა მიექცეს ელექტროლიტების დანამატებს, ლითიუმის იონსა და ანოდს და კათოდის ინტერფეისს და შიდა აქტიურ მასალას და სხვა საკვანძო ფაქტორებს. (4) გააუმჯობესოს ბატარეის ციკლის შესრულება (დამუხტვა და განმუხტვის სპეციფიკური ენერგია), ბატარეის თერმული სტაბილურობა დაბალი ტემპერატურის გარემოში, ლითიუმის ბატარეების უსაფრთხოება დაბალი ტემპერატურის გარემოში და ბატარეის ტექნოლოგიის განვითარების სხვა მიმართულებები; (5) განავითაროს მაღალი უსაფრთხოების შესრულება, მაღალი ღირებულება და დაბალი ღირებულების ბატარეის სისტემის გადაწყვეტილებები დაბალი ტემპერატურის პირობებში; (6) განავითაროს დაბალი ტემპერატურის ბატარეასთან დაკავშირებული პროდუქტები და ხელი შეუწყოს მათ გამოყენებას; (7) განავითაროს მაღალი ხარისხის დაბალი ტემპერატურის რეზისტენტული ბატარეის მასალები და მოწყობილობის ტექნოლოგია.
რა თქმა უნდა, ზემოაღნიშნული კვლევის მიმართულებების გარდა, ასევე არსებობს მრავალი კვლევის მიმართულება დაბალი ტემპერატურის პირობებში ბატარეის მუშაობის გასაუმჯობესებლად, დაბალი ტემპერატურის ბატარეების ენერგიის სიმკვრივის გასაუმჯობესებლად, დაბალი ტემპერატურის გარემოში ბატარეის დეგრადაციის შესამცირებლად, ბატარეის მუშაობის გახანგრძლივებისთვის და სხვა კვლევები. პროგრესი; მაგრამ უფრო მნიშვნელოვანი საკითხია, როგორ მივაღწიოთ მაღალი ეფექტურობის, მაღალი უსაფრთხოების, დაბალი ღირებულების, მაღალი დიაპაზონის, ხანგრძლივობის და დაბალი ტემპერატურული პირობების მქონე ბატარეების კომერციალიზაციას.
გამოქვეყნების დრო: ნოე-22-2022