ظهور مؤخرا نوعا جديدا من كل الحالة الصلبة البطارية، وبطارية لدولة كل صلبة لتحقيق منخفضة التكلفة، عالية السعة، فمن الممكن استخدام بطاريات الحالة الصلبة سوف تقدم تسويق من مكان الحادث.
البطارية التي وضعتها البلجيكي مركز الإلكترونيات الدقيقة (IMEC). ويذكر أن شركة ماتسوشيتا اليابانية تشارك أيضا في المواد بالكهرباء التنمية. IMEC في يونيو 2019 أعلن تطوير بطارية الليثيوم الثانوية بالكهرباء الصلبة أيون (LIB)، وكثافة الطاقة حجم تصل إلى 425 واط / L (FIG 1). ويستخدم الليثيوم فوسفات الحديد (LiFePO 4: LFP) كمادة القطب الإيجابية النشطة، معدني لي كمادة الأنود النشطة.
الشكل (1) : 2024 إذا كان من الممكن التوصل 1000Wh / L
يتضح الطاقة حجم بمثابة البطارية التقليدية بالكهرباء ليثيوم أيون السائل الثانوية (LIB) والبطارية كل الصلبة IMEC المتقدمة كثافة الانتقال، وLIB بالكهرباء السائل إذا كان من المتوقع حدوث انفراج كبير إلى 800 واط / L سيصبح السقف. من ناحية أخرى، IMEC ما يقرب من عام لتحقيق كثافة الطاقة مزدوجة لا يمكن أن يتحقق في غضون السنوات الخمس المقبلة إلى 1000 واط / L. (FIG: IMEC)
LIB هو البطارية بالكهرباء السائل، عموما أكثر من 400Wh / L الانتماء إلى مستوى مشترك، وهناك أمثلة مختبر بلغت 700Wh / L ل. ومع ذلك، قال IMEC أن يتحقق بعد 20241000Wh / L، ونسبة الرسوم هو 2 ~ 3C (20 ~ 30 دقيقة شحن). "الحد الأعلى للLIB بالكهرباء السائل الحالي هو 800Wh / L" (IMEC)، في حين أن البطارية الجديدة للدولة للجميع الصلبة سوف يتجاوز الحد الأعلى في المستقبل القريب.
في البداية سائلة ثم عزز
IMEC الميزة الأكثر أهمية هو بطارية تصنيع عمليته (FIG 2). ويتكون القطب الموجب لأول مرة، وهو نفس LIB بالكهرباء السائل التقليدية.
الشكل 2 : بالكهرباء في عملية تصنيع البطاريات من التصلب
IMEC جميع الصلبة بطارية تصنيع نظرة عامة عملية (أ). أولا، مادة القطب إيجابية على مجمع الحالي. في هذا الوقت، شفي ومغمورة في مادة بالكهرباء السائلة يتم استخدام السلائف، ثم شفي لتشكيل طبقة سلبية الكهربائي وما شابه ذلك. تختلف عن بالكهرباء الصلبة التقليدية، بحيث يمكن استخدام جزء إلى حد ما في جهاز التصنيع التقليدية LIB (B)، هذه هي ميزة (FIG: IMEC)
بعد ذلك، يتم مشربة المنحل بالكهرباء السائل إلى مادة القطب الموجب. وهذا هو أيضا نفس العملية التقليدية.
عدا أنه يتم تجفيفها لعلاج بالكهرباء، ثم القطب السالب وما شابه ذلك. ونتيجة لذلك، في كتلة يتطلب إنتاج تغييرات طفيفة فقط على تصنيع جهاز LIB بالكهرباء السائل الموجودة يمكن استخدامها. في الواقع، قد حل IMEC تقريبا كل الحالة الصلبة مهمة صعبة الإنتاج الضخم بطارية، وفقا لبرنامجها في 2019 بدأ حجم A4، والقدرة على صنع نماذج البطاريات 5AH.
منذ يستخدم بالكهرباء كما السائل الأولي قد توغلوا في كل ركن من القطب، وبالتالي أقل عرضة للتحدث في البطارية كل الصلبة "منطقة التماس صغيرة بين القطب والصلبة المقاومة واجهة المنحل بالكهرباء وعالية جدا" المشكلة. وعلاوة على ذلك، بالكهرباء حتى بعد علاج لديه مرونة، ويمكن استيعاب التوسع والانكماش المرافق الشحن والتفريغ للمواد القطب النشطة.
مكافحة ارتفاع الضغط ودرجة الحرارة
بالإضافة إلى ارتفاع كثافة الطاقة، وبطارية ادى الى ميزتان (FIG 2 (ب)). المواد بالكهرباء هي نافذة المحتملين فيما يتعلق لي سلبية المعادن الكهربائي على نطاق واسع حول 5.5V. وهذا يعني يمكنك استخدام أعلى المواد الجهد الكاثود، هناك زيادة كبيرة في كثافة الطاقة من الفضاء. في ظل الظروف الحالية في كثافة الطاقة حجم 425Wh / L، يتم استخدام LFP كمادة نشطة الكاثود وجود إمكانات حول 3.5V انخفاض طفيف. إذا كان نفس المادة الفعالة القطب الموجب هو 5.5V، فإنه لا يمكن القيام به لتحسين كثافة الطاقة الحجمية من حول 1000wh / L (القيمة المحسوبة ملاحظة 1).
ملاحظة 1) قال IMEC أنه من أجل تحقيق 1000 كثافة الطاقة واط / حجم L، الأول من خلال تطوير الخطوات التالية لتحقيق (1) مادة محتملة عالية (NMC، NCA، الخ) بطارية السيارات المستخدمة كمادة نشطة القطب إيجابية، (2 ) تحسين الهيكل الكهربائي، (3) ترقق سماكة طبقة بالكهرباء.
ميزة أخرى هي ارتفاع في درجة الحرارة. ويمكن استخدامه في درجات حرارة تصل إلى 320 درجة مئوية، وبالتالي حاليا اللازمة بطارية LIB نظام التبريد يمكن حذف مباشرة. لذلك، حتى لو كانت البطاريات في الوضع الراهن لا تزال الأفقية بطارية 425Wh / L حزمة تجميعها في السكن، وكثافة الطاقة الحجمية للبطارية يمكن أن يكون مرتين السيارة الحالية LIB. وبطبيعة الحال، هذا هو واحد فقط بطارية أخرى للدولة كل صلبة يمكن القيام به.
كبريتيد أيون الموصلية مقارنة
حاليا يثيوم أيون الموصلية المنحل بالكهرباء الصلبة في درجة حرارة الغرفة باستخدام IMEC هو 1M ~ 10mS / سم. 10mS / سم هو معيار قيمة الموصلية الأيونية المنحل بالكهرباء السائل، وأنها تتفق مع معهد طوكيو للتكنولوجيا والمواد القائمة على كبريتيد التي وضعتها شركة تويوتا موتور "LGPS " الموصلية الأيونية. وعلاوة على ذلك، أهداف IMEC في المستقبل القريب هو أن تكون بنسبة 10 مرات ل100MS / سم (في درجة حرارة الغرفة).
LGPS = Li10GEP2S12 تتألف من مركب كبريتيد. كانو التي وضعتها وقت أستاذ معهد طوكيو للمختبر التكنولوجيا وتويوتا في عام 2011. أيون الليثيوم التوصيل يصل الى 11 ملي / سم، وقد أثار البطارية كل صلبة لتصبح محور الاهتمام.
ما هي خصائص هذه بالكهرباء الصلبة هي؟ في الواقع، فإن العنصر الرئيسي هو SiO2. وبعبارة أخرى، بل هو المواد أكسيد المشتركة. ومع ذلك، فقد 1400m2 / ز من مساحة سطح عالية جدا، والجدار الداخلي بالتزامن مع الملح الليثيوم المعروفة باسم السوائل الأيونية.
تصنيع العمليات المبينة أدناه (FIG 3). المواد التي تقوم سي لأول مرة، ودعا TEOS تفرقوا في السائل الأيونية والمياه (التحلل) لتشكيل مادة هلامية. بعد إزالة المياه، واستخدام التجفيف CO2 فوق الحرجة . ومن ثم تصبح خفيفة جدا الاسفنج مثل المواد الصلبة، ويشار إلى "aerogels". هذا هو بالكهرباء من السائل إلى عملية الصلبة.
الشكل (3) : مزيج من المواد أكسيد وسائل الأيونية
أكثر تفصيلا IMEC عملية بالكهرباء تلفيق: في المواد السائلة ومقرها سي TEOS الأيونية (tetraethylorthosilicate) كانت مختلطة، تبلور من خلال إضافة الماء أو ما شابه ذلك، ومن ثم إزالة المياه. وعلاوة على ذلك، والتجفيف تحت جو CO2 فوق الحرجة، وشكلت المكون الرئيسي للمادة مسامية من SiO2. منذ السائل الأيونية المستعبدين على سطح المسام يعزز أيون الموصلية لي.
TEOS (رابع إيثيل orthosilicate) = سي مجمع القائم هو الصيغة سي (OC2H5) 4 هو. سول - طريقة جل وطريقة التجفيف فوق الحرج استخداما في إنتاج aerogels.
= تجفيف فوق الحرجة من السوائل مثل مواد بديلة CO2 فوق الحرجة. الدولة فوق الحرجة هي حالة من المستحيل التمييز بين مراحل الغاز والسائل، وهي مادة التي وصل إليها درجة الحرارة ويتم تطبيق حد معين من الضغط بسبب. وكثيرا ما يستخدم CO2 لأنه يحتوي على اللزوجة منخفضة وعند ضغط على درجة حرارة منخفضة نسبيا حوالي 72.8 الاجواء في 31.1
من TEOS ايروجيل الإنتاج تاريخ طويل من التكنولوجيا، وأكثر من 80 سنة من التاريخ. الفرق الأول هو أن السائل الأيونية مختلطة.
مزيج من الأسباب الخفية؟
المهمة الحالية هو تحقيق شحن السريع. عادة متفوقة، ولكن خصائص خصائص البطارية IMEC الحالية ليب بالكهرباء السائل في حين أن نفس أو خفض في البطارية كل الصلبة شحن سريع. وعلاوة على ذلك، عندما يتجاوز معدل المسؤول عن تصريف 0.5C، والحد بسرعة القدرات.
وعلى الرغم من IMEC لم يكشف عن السبب، ولكن يمكن الاستدلال على ذلك لسبب ما. هو في الواقع خليط من بالكهرباء الصلبة والسائلة الأيونية. في كثير من السائل المنحل بالكهرباء، عندما الجهد التطبيقية فوق مستوى معين، والموصلية الأيونية والحرارة انخفضت بشكل ملحوظ زيادة سريعة. من ناحية أخرى، فإن العديد من بالكهرباء الصلبة لم يكن لديك مثل عتبة واضحة الجهد. وهذا هو أيضا أحد الأسباب يسمى "يثيوم أيون الطريق السريع" (الباحث) من. قبل الاختلاط، يمكن أن يتم فقدان الكهارل الصلبة من هذا النوع.
التغصنات جاد؟
قد يكون سبب آخر نتيجة لاستخدام لى سلبية المعادن الكهربائي، شكلت التغصنات على سطح سلبية القطب هو العامل المحدد في الشحن والتفريغ. في الواقع، IMEC لا الشحن والتفريغ للدورة الحياة من بطارية الكشف عن نموذج أولي.
ومع ذلك، IMEC تمثل أيضا شحن سريع 2 ~ 3 C في غضون خمس سنوات. مارس 2019، أعلنت الشركة عن التكنولوجيا التي (الشكل 4). بل هو "نانو شبكة القطب" (IMEC)، فجوة الهواء التقليدية جود البعد الحد الأدنى من حوالي 50 نانومتر، صغيرة جدا، وجود الخصائص المرنة التي يسهل اختراقها. "وهكذا، القطب السالب يمكن قمعها حتى عندما التشعبات المعدن لي أثناء الشحن السريع" (IMEC) ومع ذلك، كشفت أي تفاصيل عن الأسباب.
الشكل 4: تثبيط السلبية القطب لي التغصنات التي كتبها السلاح السري
IMEC مارس 2019 عن إطلاق القطب "نانو شبكة". على الرغم من أن نسيج من القطب مسامية جدا، ولكنها مختلفة من الاسفنج، الذي تم ترتيب فجوة الهواء بانتظام جدا هيكل. حجم الحد الأدنى من 50nm وشك. إذا تم استخدام القطب، حتى عندما يتكرر القطب السالب من المعدن بطارية ليثيوم الشحن السريع والتفريغ، والتغصنات يمكن قمعها. (الرسومات والصور الفوتوغرافية: IMEC)
جعل تكنولوجيا النانو قوالب
ويشار إلى هذه عملية التصنيع الكهربائي خاصة لمثل تكنولوجيا النانو القالب. على وجه التحديد، ويتكون الفيلم الأول، وتودع القطب المعدني في "قالب" مصنوعة من مادة مسامية. وفي وقت لاحق، يذوب مادة مسامية من قبل الحفر. وقال IMEC انه "من السهل تصنيع".
جامعة هاسلت في ألمانيا خط انتاج بطارية (صور: IMEC)، ويمكن استخدامها لجعل A4 بحجم IMEC كل بطارية الحالة الصلبة.
