ክረምት እየመጣ ነው፣ የሊቲየም-አዮን ባትሪዎችን የዝቅተኛ የሙቀት መጠን ትንተና ክስተት ተመልከት

የሊቲየም-አዮን ባትሪዎች አፈፃፀም በኪነቲክ ባህሪያቸው በእጅጉ ይጎዳል. ምክንያቱም Li+ በግራፋይት ቁስ ውስጥ ሲገባ መጀመሪያ መጥፋት ስላለበት የተወሰነ መጠን ያለው ሃይል መብላት እና የ Li+ን ወደ ግራፋይት እንዳይሰራጭ እንቅፋት አለበት። በተቃራኒው Li + ከግራፋይት ንጥረ ነገር ወደ መፍትሄው ሲወጣ, የመፍትሄው ሂደት መጀመሪያ ላይ ይከሰታል, እና የመፍትሄው ሂደት የኃይል ፍጆታ አያስፈልገውም. Li+ በፍጥነት ግራፋይቱን ማስወገድ ይችላል, ይህም የግራፋይት ቁሳቁስ በከፍተኛ ሁኔታ ደካማ ክፍያ መቀበልን ያመጣል. በመልቀቂያው ውስጥ ተቀባይነት ያለው .

በዝቅተኛ የሙቀት መጠን, የአሉታዊው ግራፋይት ኤሌክትሮዶች የእንቅስቃሴ ባህሪያት ተሻሽለዋል እና እየባሱ ይሄዳሉ. ስለዚህ, የኤሌክትሮኬሚካላዊው የኤሌክትሮኬሚካላዊ ፖላራይዜሽን በኃይል መሙላት ሂደት ውስጥ በከፍተኛ ሁኔታ ተጠናክሯል, ይህም በቀላሉ በአሉታዊ ኤሌክትሮድ ወለል ላይ የብረታ ብረት ሊቲየም ዝናብ ሊያስከትል ይችላል. በጀርመን የሙኒክ ቴክኒካል ዩኒቨርሲቲ ክርስቲያን ቮን ሉደርስ የተደረገ ጥናት እንደሚያሳየው በ -2 ዲግሪ ሴንቲግሬድ የሙቀት መጠኑ ከ C/2 ይበልጣል እና የብረታ ብረት ሊቲየም የዝናብ መጠን በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል። ለምሳሌ, በ C / 2 ፍጥነት, በተቃራኒው ኤሌክትሮድ ወለል ላይ ያለው የሊቲየም ንጣፍ መጠን ስለ ሙሉ ክፍያ ነው. የአቅም 5.5% ግን በ 9C ማጉላት 1% ይደርሳል። የተዘወረው ሜታሊካል ሊቲየም ከጊዜ ወደ ጊዜ እያደገ ሊቲየም ዴንራይትስ ሊሆን ይችላል፣ በዲያፍራም በኩል በመበሳት አወንታዊ እና አሉታዊ ኤሌክትሮዶችን በአጭር ጊዜ ውስጥ እንዲዘዋወሩ ያደርጋል። ስለዚህ በተቻለ መጠን ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ሊቲየም-አዮን ባትሪ መሙላትን ማስወገድ ያስፈልጋል. ባትሪውን በዝቅተኛ የሙቀት መጠን መሙላት ሲኖርበት በተቻለ መጠን የሊቲየም-አዮንን ባትሪ ለመሙላት ትንሽ ጅረት መምረጥ እና የሊቲየም-አዮን ባትሪውን ከሞላ በኋላ ሙሉ በሙሉ ማከማቸት አስፈላጊ ነው ሜታልሊክ ሊቲየም ከአሉታዊ ኤሌክትሮድ የመነጨ መሆኑን ያረጋግጡ ። ከግራፋይት ጋር ምላሽ መስጠት እና በአሉታዊው ግራፋይት ኤሌክትሮድ ውስጥ እንደገና መጨመር ይችላል።

ቬሮኒካ ዚንት እና ሌሎች የሙኒክ ቴክኒካል ዩኒቨርሲቲ የኒውትሮን ዲፍራክሽን እና ሌሎች ዘዴዎችን በመጠቀም የሊቲየም-አዮን ባትሪዎችን ዝቅተኛ የሙቀት መጠን በ -20 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ውስጥ ያለውን የሊቲየም የዝግመተ ለውጥ ባህሪን ለማጥናት ተጠቅመዋል። የኒውትሮን ልዩነት ከቅርብ ዓመታት ወዲህ አዲስ የመለየት ዘዴ ነው። ከኤክስአርዲ ጋር ሲወዳደር የኒውትሮን ልዩነት ለብርሃን አካላት (ሊ፣ ኦ፣ ኤን፣ ወዘተ) የበለጠ ስሜታዊ ነው፣ ስለዚህ ለሊቲየም-አዮን ባትሪዎች አጥፊ ያልሆኑ ሙከራዎች በጣም ተስማሚ ነው።

በሙከራው ውስጥ፣ ቬሮኒካዚንት በዝቅተኛ የሙቀት መጠን የሊቲየም-አዮን ባትሪዎችን የሊቲየም ዝግመተ ለውጥ ባህሪ ለማጥናት NMC111/graphite 18650 ባትሪ ተጠቅሟል። ከዚህ በታች ባለው ስእል ላይ በሚታየው ሂደት መሰረት ባትሪው በሙከራው ወቅት ተሞልቶ ይወጣል.

የሚከተለው ምስል በሁለተኛው የኃይል መሙያ ዑደት በ C/30 ፍጥነት መሙላት በተለያዩ SoCs ስር ያለውን አሉታዊ ኤሌክትሮክን ደረጃ ለውጥ ያሳያል። በ 30.9% SoC, የአሉታዊ ኤሌክትሮዶች ደረጃዎች በዋናነት LiC12, Li1-XC18 እና አነስተኛ መጠን ያለው LiC6 ቅንብር ነው. የ SoC ከ 46% በላይ ካለፈ በኋላ የ LiC12 የልዩነት መጠን እየቀነሰ ሲሄድ የ LiC6 ኃይል እየጨመረ ይሄዳል። ይሁን እንጂ የመጨረሻው ክፍያ ከተጠናቀቀ በኋላ እንኳን, 1503mAh በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ስለሚሞላ (አቅም 1950 ሚአሰ በክፍል ሙቀት), LiC12 በአሉታዊ ኤሌክትሮድ ውስጥ ይገኛል. የኃይል መሙያው ፍሰት ወደ ሲ/100 ተቀነሰ እንበል። በዚህ ሁኔታ, ባትሪው አሁንም ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ላይ 1950mAh አቅም ማግኘት ይችላሉ, ይህም ዝቅተኛ የሙቀት ላይ የሊቲየም-አዮን ባትሪዎች ኃይል መቀነስ በዋነኝነት Kinetic ሁኔታዎች መበላሸት መሆኑን ያመለክታል.

ከታች ያለው ምስል ዝቅተኛ በሆነ የሙቀት መጠን -5 ° ሴ በ C / 20 መጠን በሚሞላበት ጊዜ በአሉታዊ ኤሌክትሮድ ውስጥ የግራፋይት ደረጃ ለውጥ ያሳያል. የግራፋይት ደረጃ ለውጥ ከ C/30 ተመን ክፍያ ጋር ሲነፃፀር በእጅጉ የተለየ መሆኑን ማየት ይችላል። ከሥዕሉ መረዳት እንደሚቻለው SoC> 40% በሚሆንበት ጊዜ የባትሪው LiC12 በ C/5 ቻርጅ መጠን ውስጥ ያለው የደረጃ ጥንካሬ በከፍተኛ ሁኔታ እየቀነሰ እንደሚሄድ እና የ LiC6 ደረጃ ጥንካሬ መጨመር ከ C/30 በጣም ደካማ ነው የክፍያ መጠን. ይህ የሚያሳየው በአንጻራዊ ከፍተኛ የC/5 ፍጥነት፣ ሊሲ12 ያነሰ ሊቲየም መጠላለፉን እንደቀጠለ እና ወደ LiC6 እንደሚቀየር ያሳያል።

ከታች ያለው ምስል በC/30 እና C/5 ተመኖች ሲሞሉ አሉታዊውን ግራፋይት ኤሌክትሮድ የደረጃ ለውጦችን ያወዳድራል። ስዕሉ እንደሚያሳየው ለሁለት የተለያዩ የኃይል መሙያ መጠኖች፣ የሊቲየም-ድሃ ደረጃ Li1-XC18 በጣም ተመሳሳይ ነው። ልዩነቱ በዋናነት የሚንፀባረቀው በሁለቱ የ LiC12 እና LiC6 ደረጃዎች ነው። በአሉታዊው ኤሌክትሮድስ ውስጥ ያለው የደረጃ ለውጥ አዝማሚያ በሁለቱ የኃይል መሙያ መጠኖች ውስጥ በሚሞላበት የመጀመሪያ ደረጃ ላይ በአንጻራዊነት ቅርብ መሆኑን ከሥዕሉ ላይ ማየት ይቻላል ። ለ LiC12 ደረጃ፣ የመሙላት አቅሙ 950mAh (49% SoC) ሲደርስ፣ የመቀየር አዝማሚያ በተለየ መንገድ መታየት ይጀምራል። 1100mAh (56.4% SoC) ሲመጣ በሁለቱ ማጉላት ስር ያለው የሊሲ12 ደረጃ ከፍተኛ ክፍተት ማሳየት ይጀምራል። በ C / 30 ዝቅተኛ ፍጥነት ሲሞሉ, የ LiC12 ደረጃ ማሽቆልቆሉ በጣም ፈጣን ነው, ነገር ግን የ LiC12 ደረጃ በ C / 5 ፍጥነት በጣም ቀርፋፋ ነው; በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ውስጥ ሊቲየም በአሉታዊ ኤሌክትሮዶች ውስጥ የሚያስገባ የኪነቲክ ሁኔታዎች ይባባሳሉ ማለት ነው። ስለዚህ LiC12 የሊቲየምን መጠን እንዲቀላቀል በማድረግ የ LiC6 ምዕራፍ ፍጥነት ቀንሷል። በተመሳሳይ የሊሲ6 ደረጃ በከፍተኛ ፍጥነት ይጨምራል በዝቅተኛ C/30 ግን በC/5 ፍጥነት በጣም ቀርፋፋ ነው። ይህ የሚያሳየው በሲ/5 ፍጥነት፣ ተጨማሪ petite Li በግራፋይት ክሪስታል መዋቅር ውስጥ ተካትቷል፣ ነገር ግን የሚያስደንቀው የባትሪው የመሙላት አቅም (1520.5mAh) በሲ/5 የመሙላት መጠን ከሲው ከፍ ያለ መሆኑ ነው። / 30 የክፍያ መጠን. ኃይሉ (1503.5mAh) ከፍ ያለ ነው። በአሉታዊው ግራፋይት ኤሌክትሮድ ውስጥ ያልተካተተ ተጨማሪ Li በብረታ ብረት ሊቲየም መልክ በግራፋይት ገጽ ላይ ሊዘገይ ይችላል. ክፍያው ካለቀ በኋላ ያለው የመቆሚያ ሂደት ይህንን ከጎን በኩል ያረጋግጣል - ትንሽ።

የሚከተለው ምስል ከሞላ በኋላ እና ለ 20 ሰአታት ከቆየ በኋላ አሉታዊውን ግራፋይት ኤሌክትሮክን የደረጃ መዋቅር ያሳያል. በመሙላት መጨረሻ ላይ, በሁለቱ የኃይል መሙያ መጠኖች ውስጥ የአሉታዊው ግራፋይት ኤሌክትሮድስ ደረጃ በጣም የተለየ ነው. በ C / 5, በግራፍ አኖድ ውስጥ ያለው የ LiC12 ሬሾ ከፍ ያለ ነው, እና የ LiC6 መቶኛ ዝቅተኛ ነው, ነገር ግን ለ 20 ሰአታት ከቆመ በኋላ, በሁለቱ መካከል ያለው ልዩነት አነስተኛ ሆኗል.

ከታች ያለው ምስል በ 20h ማከማቻ ሂደት ውስጥ የአሉታዊውን ግራፋይት ኤሌክትሮክን ደረጃ ለውጥ ያሳያል. ከሥዕሉ ላይ ምንም እንኳን የሁለቱ ተቃራኒ ኤሌክትሮዶች ደረጃዎች ገና መጀመሪያ ላይ በጣም የተለያዩ ቢሆኑም የማከማቻ ጊዜ እየጨመረ በሄደ መጠን ሁለቱ ዓይነት የኃይል መሙያ ዓይነቶች በማጉላት ስር ያለው የግራፍ አኖድ ደረጃ በጣም ተቀይሯል. በመደርደሪያው ሂደት LiC12 ወደ LiC6 መቀየር ሊቀጥል ይችላል, ይህም Li በመደርደሪያው ሂደት ውስጥ በግራፍ ውስጥ መጨመሩን እንደሚቀጥል ያሳያል. ይህ የሊ ክፍል በዝቅተኛ የሙቀት መጠን በአሉታዊው ግራፋይት ኤሌክትሮድ ወለል ላይ የመነጨ ብረታማ ሊቲየም ሊሆን ይችላል። ተጨማሪ ትንታኔ እንደሚያሳየው በ C / 30 ፍጥነት መሙላት መጨረሻ ላይ, የአሉታዊ ግራፋይት ኤሌክትሮድ የሊቲየም ውህደት መጠን 68% ነው. አሁንም ፣ የሊቲየም መሃከል ደረጃ ከመደርደሪያ በኋላ ወደ 71% ጨምሯል ፣ የ 3% ጭማሪ። በ C / 5 ፍጥነት መሙላት መጨረሻ ላይ የሊቲየም ማስገቢያ ዲግሪ አሉታዊ ግራፋይት ኤሌክትሮድ 58% ነበር, ነገር ግን ለ 20 ሰአታት ከቆየ በኋላ, ወደ 70% አድጓል, በአጠቃላይ 12% ይጨምራል.

ከላይ ያለው ጥናት እንደሚያሳየው በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ሲሞሉ የባትሪው አቅም በኪነቲክ ሁኔታዎች መበላሸቱ ምክንያት ይቀንሳል. እንዲሁም በግራፋይት ሊቲየም የማስገባት መጠን በመቀነሱ በአሉታዊው ኤሌክትሮድ ላይ ያለውን የሊቲየም ብረትን ያስለቅቃል። ነገር ግን, ከተከማቸ ጊዜ በኋላ, ይህ የብረታ ብረት ሊቲየም ክፍል እንደገና በግራፍ ውስጥ ሊካተት ይችላል; በተጨባጭ ጥቅም ላይ ሲውል የመደርደሪያው ጊዜ ብዙ ጊዜ አጭር ነው፣ እና ሁሉም ሜታልሊክ ሊቲየም እንደገና ወደ ግራፋይት ለመካተት ምንም ዋስትና የለም፣ ስለዚህ አንዳንድ ሜታልሊክ ሊቲየም በአሉታዊ ኤሌክትሮድ ውስጥ እንዲኖር ሊያደርግ ይችላል። የሊቲየም-አዮን ባትሪው ወለል የሊቲየም-አዮን ባትሪውን አቅም ይነካዋል እና የሊቲየም-አዮን ባትሪን ደህንነት አደጋ ላይ የሚጥል ሊቲየም ዴንትሬትስ ያመነጫል። ስለዚህ የሊቲየም-አዮን ባትሪን በዝቅተኛ የሙቀት መጠን ከመሙላት ለመቆጠብ ይሞክሩ። ዝቅተኛ ወቅታዊ, እና ከተቀናበረ በኋላ, በአሉታዊ ግራፋይት ኤሌክትሮድ ውስጥ ያለውን የብረት ሊቲየም ለማስወገድ በቂ የመደርደሪያ ጊዜ ያረጋግጡ.

ይህ ጽሑፍ በዋናነት የሚከተሉትን ሰነዶች ይመለከታል። ሪፖርቱ ተዛማጅ ሳይንሳዊ ስራዎችን፣ የክፍል ትምህርቶችን እና ሳይንሳዊ ጥናቶችን ለማስተዋወቅ እና ለመገምገም ብቻ ጥቅም ላይ ይውላል። ለንግድ አገልግሎት አይደለም. የቅጂ መብት ጉዳዮች ካሉዎት እባክዎ እኛን ለማግኘት ነፃነት ይሰማዎ።

1.የግራፋይት ቁሶች እንደ አሉታዊ ኤሌክትሮዶች በሊቲየም-አዮን capacitors,Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335, SRSivakkumar,JY Nerkar,AG Pandolfo

2.ሊቲየም ፕላቲንግ በሊቲየም-አዮን ባትሪዎች በቮልቴጅ ዘና ለማለት እና በቦታው በኒውትሮን ዲፍራክሽን ፣የኃይል ምንጮች ጆርናል 342(2017)17-23 ፣ክርስቲያን ቮን ሉደርስ , ራልፍ ጊልስ, አንድሪያስ ጆሴን

3.ሊቲየም ፕላቲንግ በሊቲየም-አዮን ባትሪዎች በንዑስ ድባብ ሙቀቶች ላይ በኒውትሮን ልዩነት፣ ጆርናል ኦፍ ፓወር ምንጮች 271 (2014) 152-159፣ ቬሮኒካ ዚንት፣ ክርስቲያን ቮን ሉደርስ፣ ሚካኤል ሆፍማን፣ ዮሃንስ ሃተንዶርፍ፣ ኢርምጋርድ ቡችገር ኤርሃርድ፣ ጆአና ሬቤሎ-ኮርንሜየር፣ አንድሪያስ ጆሰን፣ ራልፍ ጊልስ