Nan vag aktyèl la nan devlopman wòdpòte nan nouvo teknoloji enèji, solid-eta batri, kòm yon trè prometteur pwochen-jenerasyon teknoloji batri, te atire anpil atansyon soti nan tout mache nan lavi. Kòm kondisyon moun yo pou andirans nan aparèy elektwonik ak ranje a kondwi nan machin elektrik kontinye ogmante, ak anfaz yo sou pèfòmans sekirite batri ap grandi jou pa jou, se solid-eta batri trè antisipe nan adrès anpil pwen doulè nan tradisyonèl likid ityòm-ion pil an tèm de sekirite ak ranje. Sepandan, anvan gwo-echèl li yo popilarize ak aplikasyon, yon kesyon kle retade nan lespri konsomatè yo: se solid-eta batri ki an sekirite epi ki kapab bay long ranje? Pou reponn kesyon sa a, nou bezwen fouye nan mekanis k ap travay la, karakteristik teknik, ak rechèch aktyèl ak estati aplikasyon nan pil eta solid.
K ap travay prensip ak karakteristik estriktirèl nan solid-eta batri
Diferans nan debaz ant batri solid-eta ak tradisyonèl likid ityòm-ion batri manti nan fòm lan nan elektwolit. Pil tradisyonèl likid ityòm-ion anplwaye elektwolit likid pou reyalize pwosesis chaje ak egzeyat nan mouvman iyon ityòm ant elektwòd pozitif ak negatif yo. Nan contrast, solid-eta pil itilize elektwolit solid, ki se tipikman te fè nan seramik, polymère, oswa materyèl SULFIDE. Nan pil solid-eta, iyon ityòm tou deintercalate soti nan electrodes pozitif la pandan chaje ak intercalate nan electrodes la negatif nan elektwolit la solid; Pandan egzeyat yo, yo deplase nan direksyon opoze a, pandan y ap elektwon koule soti nan electrodes la negatif nan elektwòd la pozitif nan kous la ekstèn, génération aktyèl sou pouvwa aparèy la.
Itilize elektwolit solid ki gen pil solid eta yo ak karakteristik inik estriktirèl. Konpare ak elektwolit likid, ki mande pou yon separatè yo anpeche kout-sikwiye ant elektwòd yo pozitif ak negatif, elektwolit solid tèt li gen fonksyon yo doub nan kondiksyon ion ak izolasyon electrodes, fè estrikti nan batri plis kontra enfòmèl ant. Pandan se tan, elektwolit solid montre pi wo estabilite ak se mwens tendans volatilizasyon ak flit, tap mete yon fondasyon pou amelyore pèfòmans sekirite batri.
Pèfòmans sekirite nan batri eta solid
Tradisyonèl likid ityòm-ion pil poze yon risk pou yo ki sove kite tèmik anba kondisyon wo-tanperati. Lè tanperati batri a depase yon sèten papòt, tankou 80 degre, elektwolit la likid ka dekonpoze yo pwodwi gaz ki ka pran dife, ak reyaksyon bò nan batri a entansifye, ki mennen ale nan yon akimilasyon rapid nan chalè ak finalman sa ki lakòz batri a trape dife oswa menm eksploze. Done ki sòti nan Ajans Tès Alman an Tüv klèman revele sa a danje kache.
Solid-eta pil montre avantaj enpòtan nan estabilite tèmik. Akòz absans la nan eleman likid temèt ak ki ka pran dife nan elektwolit solid, estabilite tèmik li yo se pi wo pase sa yo ki an elektwolit likid. Tès la twou ki fèt pa enèji nan nouvo ak òganizasyon endistriyèl Devlopman Teknoloji (NEDO) nan Japon se enpresyonan: lè yon zegwi asye ponksyon yon batri solid-eta, tanperati a batri sèlman leve pa 2 degre, tandiske yon tradisyonèl likid ityòm-ion batri pral kenbe dife ak eksploze nan jis 3 segonn. Rezilta sa a eksperimantal vizyèlman demontre sekirite siperyè nan pil eta solid nan fè fas a abi ekstrèm mekanik.
Nan yon papye ki gen tit "Èske pil solid-eta pi an sekirite pase (likid) ityòm-ion pil?" Pibliye nan syans nan mwa avril 2022, chèchè yo te diskite sou lage chalè ak limit tanperati a nan likid ityòm-ion pil, pil semi-solid ak yon sèten kantite elektwolit, ak tout-solid-eta pil anba twa senaryo tèmik ki sove kite. Etid la te jwenn ke nan eta a tèmik ki sove kite ki te koze pa chofaj ekstèn, tout-solid-eta pil pèfòme semi-solid ak likid ityòm-ion pil. Dansite segondè nan elektwolit solid nan tout-solid-eta pil ka fòme yon baryè gaz efikas, anpeche kontak ant ityòm sou electrodes la negatif ak oksijèn lage nan electrodes la pozitif. Nan senaryo sa a ipotetik, pa ta gen okenn lage chalè enpòtan.
Anpèchman nan ityòm dendrite kwasans
Pandan pwosesis la chaje ak egzeyat nan tradisyonèl likid ityòm-ion pil, iyon ityòm ka dirèkteman kristalize sou sifas la nan electrodes la negatif pandan chaje vit, fòme dandrit danjere ityòm. Kwasans nan dendrit ityòm pa sèlman mennen nan batri kapasite pouri anba tè men pouvwa tou twou separatè a, sa ki lakòz yon sikwi kout ant elektwòd yo pozitif ak negatif ak deklanche yon ensidan sekirite. Sa a te danje kache revele pa enjenyè soti nan CATL.
Solid-eta pil montre potansyèl nan anpeche ityòm kwasans dendrite. Estrikti espesyal la ak pwopriyete elektwolit solid ka bay yon chemen plis inifòm pou ityòm migrasyon ion, diminye posibilite pou fòmasyon ityòm dendrite. Malgre ke konplètman elimine ityòm kwasans dendrit toujou poze defi nan aplikasyon pou pratik, tandans nan amelyorasyon nan solid-eta pil nan sa a konsiderasyon se evidan konpare ak likid ityòm-ion pil.
Risk sekirite potansyèl yo
Malgre anpil avantaj ki genyen nan pil eta solid an tèm de sekirite yo, yo pa absoliman ki an sekirite. Nan sèten ka ekstrèm, tankou lè elektwolit solid la echwe oswa dendrit ityòm penetre elektwolit la solid, sa ki lakòz yon kous kout, sekirite a nan tout-solid-eta pil ak pil semi-solid se pa siperyè ak sa yo ki an likid ityòm-ion. Pwofesè AI Xinping soti nan Lekòl la nan Chimi ak Syans Molekilè nan Wuhan Inivèsite pwen soti ke reklamasyon an ki tout-solid-eta pil gen tou de dansite enèji segondè ak bon sekirite aktyèlman enplike nan yon sleight konseptyèl ekspresyon nan men yo. Paske kèk materyèl nan pil eta solid ka pwodwi gaz toksik tankou SULFIDE idwojèn nan evènman an nan yon aksidan, byenke yo pa pral dirèkteman boule moun tankou pil tradisyonèl yo, gaz idwojèn SULFIDE se toksik epi yo ka lakòz domaj grav nan kò imen an.
Potansyèl nan batri eta solid nan ranje
Nan teyori, pil solid-eta gen potansyèl la reyalize dansite enèji segondè, ki espere siyifikativman amelyore andirans nan aparèy. Elektwolit solid pèmèt itilizasyon ityòm metalik pi kòm electrodes negatif, ki ogmante siyifikativman kapasite depo enèji pou chak volim inite. Done eksperimantal ki sòti nan Enstiti a Qingdao nan Bioenergy ak Teknoloji Bioprocess nan Akademi Chinwa a nan Syans montre ke dansite nan enèji nan echantiyonal batri solid-eta yo te depase 500wh/kg, pandan y ap dansite a enèji nan batri a 21700 yo itilize nan Tesla Modèl 3 se sèlman 260wh/kg.
Pran machin elektrik kòm yon egzanp, kondwi ranje te toujou yon konsantre nan atansyon konsomatè yo. Kunpeng Battery soti nan Chery, kòm yon reprezantan nan solid-eta pil, plan yo reyalize yon dansite enèji nan 400wh/kg nan 2024 epi ogmante li nan 600wh/kg nan 2025. Dapre plan an, lè mas-pwodwi nan 2027, se ranje a pi elektrik kondwi espere depase 1500km. Si objektif sa yo reyalize, li pral soulaje anpil enkyetid nan ranje nan itilizatè machin elektrik.
Defi nan ranje aktyèl
Sepandan, soti nan laboratwa a aplikasyon pou pratik, solid-eta pil toujou fè fas a kèk defi an tèm de ranje. Premyerman, enpedans nan koòdone ant elektwolit solid ak elektwòd se relativman enpòtan, ki se analogue nan mete kanpe yon izolwa peyaj sou yon gran wout, anpeche transmisyon an rapid nan iyon ityòm ak ki afekte chaje batri a ak efikasite egzeyat, kidonk yon move efè sou seri a. Dezyèmman, defo a fatal nan elektwolit SULFIDE, ki pwodui trè toksik idwojèn SULFIDE lè ekspoze a dlo, pa sèlman ogmante risk sekirite pandan pwodiksyon batri ak itilize, men tou poze defi grav nan estabilite a ak disponiblite nan batri la. Anplis de sa, sede a ki ba nan solid preparasyon fim elektwolit mennen nan depans pwodiksyon segondè sou yon echèl gwo, limite aplikasyon an toupatou nan solid-eta pil ak endirèkteman ki afekte pwosesis la nan demontre avantaj ki long yo nan mache a.
Konklizyon ak pespektiv
An rezime, pil solid-eta demontre siyifikatif potansyèl an tèm de sekirite ak ranje. An tèm de sekirite, avantaj tèmik estabilite yo se evidan, epi yo ka efektivman anpeche ityòm kwasans dendrite, fè yo pi an sekirite ak serye pase tradisyonèl likid ityòm-ion pil nan pifò ka yo. Sepandan, nan fè fas a sitiyasyon ekstrèm tankou echèk elektwolit solid, gen toujou sèten risk sekirite. An tèm de ranje, avantaj la teyorik nan dansite enèji segondè bay posibilite pou ranje long, ak kèk done eksperimantal ak plan antrepriz tou montre kandida prometteur. Sepandan, nan aplikasyon pou pratik, pwoblèm tankou enbesil koòdone, domaj elektwolit, ak pri yo te vin obstak anpeche realizasyon an plen nan avantaj long ranje yo.
Malgre fè fas a anpil defi, solid-eta pil yo toujou konsidere kòm yon direksyon devlopman enpòtan pou pwochen-jenerasyon teknoloji batri.