A’ foillseachadh an dìomhaireachd: comas fìor theòiridheach ann am bataraidhean lithium-ion

Carson a tha bataraidh lithium ann an comas fìor theòiridheach

Ann am bataraidhean lithium-ion (LIBn), tha mòran de eleactronan stèidhichte air ocsaid meatailt a 'nochdadh comas stòraidh neo-àbhaisteach àrd nas fhaide na an luach teòiridheach. Ged a chaidh aithris farsaing a dhèanamh air an iongantas seo, tha na h-innealan fiosaigeach bunaiteach anns na stuthan sin fhathast so-ruigsinneach agus tha iad fhathast nan cuspair deasbaid.

Pròifil nan toraidhean

O chionn ghoirid, dh’ fhoillsich an t-Àrd-ollamh Miao Guoxing bho Oilthigh Waterloo, Canada, an t-Àrd-ollamh Yu Guihua bho Oilthigh Texas ann an Austin, agus Li Hongsen agus Li Qiang bho Oilthigh Qingdao pàipear rannsachaidh air Stuthan Nàdair fon tiotal “Comas stòraidh a bharrachd ann an bataraidhean lithium-ion meatailt ogsaid gluasaid air am foillseachadh le magnetometry in situ". Anns an obair seo, chleachd na h-ùghdaran sgrùdadh magnetach in situ gus sealltainn gu bheil comas uachdar làidir air nanoparticles meatailt agus gum faodar àireamh mhòr de eleactronan spionnaidh a stòradh ann an nanoparticles meatailt a chaidh a lughdachadh mar-thà, a tha co-chòrdail ris an uidheamachd cosgais spàsail. A bharrachd air an sin, faodar an uidheamachd cosgais spàsail a chaidh fhoillseachadh a leudachadh gu todhar meatailt gluasaid eile, a’ toirt seachad prìomh stiùireadh airson stèidheachadh siostaman stòraidh lùth adhartach.

Prìomh phuingean rannsachaidh

(1) Chaidh Fe àbhaisteach a sgrùdadh le bhith a’ cleachdadh an dòigh sgrùdaidh magnetach in-situ3O4 / Evolution den structar dealanach taobh a-staigh bataraidh Li;

(2) a 'nochdadh gu bheil an siostam Fe3O4In an / Li, is e an comas cosgais uachdar prìomh thùs an comas a bharrachd;

(3) Faodar an uidheamachd capacitance uachdar de nanoparticles meatailt a leudachadh gu raon farsaing de choimeasgaidhean meatailt gluasaid.

Stiùireadh teacsa agus teacsa

1. Comharrachadh structarail agus feartan electrochemical

Chaidh monodisperse hollow Fe a cho-shìneadh le dòighean àbhaisteach hydrothermal3O4Nanospheres, agus an uairsin air a choileanadh aig 100 mAg - 1Charge agus sgaoileadh aig dùmhlachd gnàthach (Figear 1a), is e a’ chiad chomas sgaoilidh 1718 mAh g -1, 1370 mAhg anns an dàrna agus an treas uair, fa leth - 1Agus 1,364 mAhg - 1, Fada os cionn 926 mAhg - 1 Teòiridh nan dùil. Tha ìomhaighean BF-STEM den toradh làn-sgaoilte (Figear 1b-c) a’ nochdadh, às deidh lughdachadh lithium, gun deach Fe3O4Na nanospheres atharrachadh gu nanoparticles Fe nas lugha a ’tomhas timcheall air 1 - 3 nm, sgapte ann an ionad Li2O.

Gus an t-atharrachadh ann an magnetachd a nochdadh rè a ’chearcall electrochemical, chaidh lùb magnetization fhaighinn às deidh làn sgaoileadh gu 0.01 V (Figear 1d), a’ sealltainn an giùlan superparamagnetic mar thoradh air cruthachadh nanoparticles.

Figear 1 (a) aig 100 mAg−1Fe den rothaireachd aig an dùmhlachd gnàthach3O4/ Cìs gnàthach seasmhach agus lùb sgaoilidh bataraidh Li; (b) làn lithium Fe3O4An ìomhaigh BF-STEM den dealan; (c) làthaireachd Li anns na h-ìomhaighean iomlan2High-rùn BF-STEM de gach cuid O agus Fe; (d) Fe3O4Crom hysteresis an dealan ro (dubh) agus às deidh (gorm), agus lùb iomchaidh Langevin den fhear mu dheireadh (purpaidh).

2. Lorg fìor-ùine air mean-fhàs structarail is magnetach

Gus an electrochemistry a chur còmhla ri Fe3O4Of atharrachaidhean structarail agus magnetach co-cheangailte ris na Fe3O4 Chaidh na Electrodes a chuir an sàs ann an eadar-dhealachadh X-ray in situ (XRD) agus sgrùdadh magnetach in situ. Fe ann an sreath de phàtranan sgaraidh XRD rè a’ chiad leigeil a-mach bhon bholtachd cuairt-fhosgailte (OCV) gu 1.2V3O4 Cha do dh’ atharraich na stùcan sgaraidh gu mòr ann an dian no suidheachadh (Figear 2a), a’ nochdadh nach robh eòlas aig an Fe3O4On air pròiseas eadar-cheangail Li. Nuair a thèid a chuir gu 3V, an Fe3O4Tha an structar anti-spinel fhathast slàn, a’ moladh gu bheil am pròiseas san uinneag bholtachd seo gu math reversible. Chaidh tuilleadh sgrùdaidh magnetach in-situ còmhla ri deuchainnean sgaoilidh cosgais gnàthach seasmhach a dhèanamh gus sgrùdadh a dhèanamh air mar a bhios magnetachadh a’ fàs ann an àm fìor (Figear 2b).

Figear 2 Comharrachadh XRD in-situ agus sgrùdadh magnetach.(A) in situ XRD; (b) Fe3O4 Lùb cosgais dealain-ceimigeach fo raon magnetach gnìomhaichte 3 T agus freagairt magnetach reversible in situ.

Gus tuigse nas bunaitiche fhaighinn air a’ phròiseas tionndaidh seo a thaobh atharrachaidhean magnetachaidh, tha am freagairt magnetach air a chruinneachadh ann an àm fìor agus an eadar-ghluasad ìre co-fhreagarrach an cois ath-bheachdan air an stiùireadh le electrochemically (Figear 3). Tha e gu math soilleir, rè a ’chiad sgaoileadh, an Fe3O4Tha freagairt magnetization nan electrodan eadar-dhealaichte bho na cearcallan eile mar thoradh air Fe rè a’ chiad lithalization3O4Mar thoradh air an eadar-ghluasad ìre nach gabh a thoirt air ais. Nuair a thuit an comas gu 0.78V, chaidh an ìre antispinel Fe3O4 a thionndadh gus a bhith a ’toirt a-steach structar halite clas FeO de O, Fe2O3 Chan urrainnear an ìre ath-nuadhachadh às deidh cosgais. A rèir sin, bidh an magnetachadh a’ tuiteam gu luath gu 4 μ b Fe−0.482. Mar a bha lithialization a’ dol air adhart, cha deach ìre ùr a chruthachadh, agus thòisich dian (1) agus (200) stùcan sgaraidh FeO clas a’ lagachadh.equal Fe220O3Chan eil stùc XRD cudromach air a chumail nuair a tha an dealan air a lialachadh gu tur (Figear 4a). Thoir fa-near, nuair a bhios an dealan Fe3O3 a’ sgaoileadh bho 4V gu 0.78V, an magnetization (bho 0.45 μ b Fe -0.482 Meudachadh gu 1 μ bFe−1.266), Chaidh seo a thoirt air sgàth an ath-bhualadh tionndaidh bho FeO gu Fe. An uairsin, aig deireadh an sgaoilidh, chaidh an magnetachadh sìos gu slaodach gu 1 μ B Fe−1.132. Tha an co-dhùnadh seo a’ nochdadh gum faodadh na Fe1Nanoparticles meatailt làn-lùghte fhathast pàirt a ghabhail anns an ath-bhualadh stòraidh lithium, agus mar sin a’ lughdachadh magnetachadh nan electrodan.

Figear 3 Beachdan in situ air an eadar-ghluasad ìre agus an fhreagairt magnetach. （a） mapa Fe3O4In situ XRD a chaidh a chruinneachadh nuair a chaidh an dealan a leigeil ma sgaoil; (b) Fe3O4In situ tomhas feachd magnetach de chearcallan electrochemical de cheallan / Li aig raon magnetach gnìomhaichte de 3 T.

3. Fe0 / Li2Surface capacitance an t-siostam O

Fe3O4 Bidh na h-atharrachaidhean magnetach de na dealanan a’ tachairt aig bholtaids ìosal, far a bheil e nas coltaiche gun tèid comas electroceimiceach a bharrachd a chruthachadh, a’ nochdadh gu bheil luchd-giùlan cosgais nach deach a lorg taobh a-staigh na cealla. Gus sgrùdadh a dhèanamh air an uidheamachd stòraidh lithium a dh’fhaodadh a bhith ann, chaidh Fe a sgrùdadh tro XPS, STEM agus speactram coileanaidh magnetach3O4Electrodes de stùcan magnetachadh aig 0.01V, 0.45V agus 1.4V gus faighinn a-mach cò às a thàinig an atharrachadh magnetach. Tha na co-dhùnaidhean a’ sealltainn gu bheil an t-àm magnatach na phrìomh fheart a bheir buaidh air an atharrachadh magnatach, leis nach eil an anisotropy magnetach agus an ceangal eadar-roinneil a’ toirt buaidh air an t-siostam tomhais Fe0/Li2The Ms of the O.

Gus tuilleadh tuigse fhaighinn air Fe3O4Na feartan cinneachail aig na dealanan aig bholtachd ìosal, voltammetry cearcallach aig diofar ìrean scan. Mar a chithear ann am Figear 4a, tha an lùb voltamogram cearcallach ceart-cheàrnach a’ nochdadh taobh a-staigh an raon bholtachd eadar 0.01V agus 1V (Figear 4a). Tha Figear 4b a’ sealltainn gun do thachair freagairt capacitive Fe3O4A air an dealan. Leis an fhreagairt magnetach a tha gu math reversible den phròiseas cosgais is sgaoilidh gnàthach (Figear 4c), chaidh magnetachadh an dealan sìos bho 1V gu 0.01V rè a ’phròiseas sgaoilidh, agus mheudaich e a-rithist tron ​​​​phròiseas cosgais, a’ nochdadh gu bheil Fe0Of coltach ri capacitor tha freagairt uachdar gu math reversible.

Figear 4 feartan electroceimiceach agus caractar magnetach in situ aig 0.011 V.(A) An lùb voltammetric cearcallach. (B) tha luach b air a dhearbhadh a’ cleachdadh a’ cho-dhàimh eadar an sruth as àirde agus an ìre scan; (c) atharrachadh reversible an magnetization an coimeas ris an lùb cosgais-sgaoilidh fo raon magnetach gnìomhaichte 5 T.

Fe3O4 gu h-àrd Tha feartan electroceimiceach, structarail agus magnetach nan electrodan a’ nochdadh gu bheil an comas bataraidh a bharrachd air a dhearbhadh le Fe0Tha comas uachdar spin-polarized nan nanoparticles air adhbhrachadh leis na h-atharrachaidhean magnetach a tha nan cois. Tha an capacitance spin-polarized mar thoradh air cruinneachadh cosgais spin-polarized aig an eadar-aghaidh agus faodaidh e freagairt magnetach a thaisbeanadh aig àm cosgais agus sgaoileadh. co-mheasan mòra uachdar-gu-lìonaidh agus a’ tuigsinn dùmhlachd àrd de stàitean aig ìre Fermi mar thoradh air na orbitals d gu math ionadail. A rèir modail teòiridheach Maier de stòradh cosgais spàsail, tha na h-ùghdaran a’ moladh gum faodar meudan mòra de eleactronan a stòradh anns na bannan sgoltadh snìomh de nanoparticles meatailteach Fe, a dh’ fhaodar a lorg ann am Fe / Li3A’ cruthachadh capacitors uachdar snìomh-polarized anns na O nanocomposites ( Figear 4).

graf 5Fe/Li2A Riochdachadh sgeamaigeach de chomas uachdar nan dealanan spin-polarized aig an eadar-aghaidh O.(A) an diagram sgeamach de staid polarization snìomh dùmhlachd uachdar uachdar gràinean meatailt ferromagnetic (roimhe agus às deidh an leigeil ma sgaoil), an aghaidh polarachadh snìomh mòr iarainn; (b) cruthachadh an roinn cosgais fànais anns a’ mhodal capacitor uachdar de lithium air a stòradh.

Geàrr-chunntas agus Outlook

Chaidh TM / Li a sgrùdadh le sgrùdadh magnetach in-situ adhartach2Mean-fhàs structar dealanach a-staigh an O nanocomposite gus stòr comas stòraidh a bharrachd airson a’ bhataraidh lithium-ion seo fhoillseachadh. Tha na co-dhùnaidhean a’ sealltainn, an dà chuid ann an siostam cealla modail Fe3O4/Li, gum faod Fe nanoparticles a tha air an lughdachadh gu electrochemical meudan mòra de eleactronan spin-polarized a stòradh, mar thoradh air cus comas cealla agus magnetachd eadar-aghaidh air atharrachadh gu mòr. Dhearbh deuchainnean a bharrachd CoO, NiO, agus FeF2And Fe2Tha làthaireachd a leithid de chomas ann an stuth N electrode a’ nochdadh gu bheil comas uachdar spin-polarized de nanoparticles meatailt ann am bataraidhean lithium-ion agus a’ suidheachadh bunait airson an uidheamachd stòraidh cosgais spàsail seo a chuir an sàs ann an gluasad eile. stuthan meatailt stèidhichte air electrode.

Ceangal litreachais

Comas stòraidh a bharrachd ann am bataraidhean lithium-ion meatailt ogsaid gluasaid air fhoillseachadh le magnetometry in situ (Stuthan Nàdarra, 2020, DOI: 10.1038 / s41563-020-0756-y)

Buaidh foirmle dealbhaidh wafer electrode lithium agus easbhaidhean wafer electrode air coileanadh

1. Artaigil bun-stèidh dealbhadh film pòla

Tha an dealan bataraidh lithium na chòmhdach air a dhèanamh suas de ghràineanan, air a chuir an sàs gu cothromach air an lionn meatailt. Faodar còmhdach electrode bataraidh lithium-ion a mheas mar stuth measgaichte, sa mhòr-chuid air a dhèanamh suas de thrì pàirtean:

(1) Mìrean de stuthan gnìomhach;

(2) an ìre co-roinneil den àidseant giùlain agus an àidseant (ìre carbon adhesive);

(3) Pore, lìon leis an electrolyte.

Tha dàimh meud gach ìre air a chuir an cèill mar:

Porosity + bloigh tomhas-lìonaidh stuth beò + bloigh meud ìre adhesive carbon = 1

Tha dealbhadh dealbhadh electrode bataraidh lithium glè chudromach, agus a-nis tha an eòlas bunaiteach air dealbhadh electrode bataraidh lithium air a thoirt a-steach goirid.

(1) Comas teòiridheach an stuth electrode Tha comas teòiridheach an stuth electrode, is e sin, an comas a bheir na h-ianan lithium air fad anns an stuth a tha an sàs anns an ath-bhualadh electrochemical, a luach air a thomhas leis a’ cho-aontar a leanas:

Mar eisimpleir, an LiFePO4 Is e an tomad molar 157.756 g / mol, agus is e an comas teòiridheach aige:

Chan eil anns an luach àireamhaichte seo ach an comas gram teòiridheach. Gus dèanamh cinnteach à structar reversible an stuth, tha an dearbh cho-èifeachd toirt air falbh lithium-ion nas lugha na 1, agus is e fìor chomas gram an stuth:

Comas fìor ghrama de stuth = comas teòiridheach co-èifeachd dì-phlugachaidh ian lithium

(2) Comas dealbhadh bataraidh agus dùmhlachd fìor aon-thaobhach Faodar comas dealbhaidh bataraidh a thomhas leis an fhoirmle a leanas: comas dealbhadh bataraidh = dùmhlachd uachdar còmhdach co-mheas stuth gnìomhach stuth gnìomhach comas gram raon còmhdach duilleag pòla

Nam measg, tha dùmhlachd uachdar a ’chòmhdaich na phrìomh pharamadair dealbhaidh. Nuair a tha an dùmhlachd teannachaidh gun atharrachadh, tha àrdachadh dùmhlachd uachdar a ’chòmhdaich a’ ciallachadh gu bheil tiugh duilleag pòla ag àrdachadh, astar tar-chuir dealanach ag àrdachadh, agus tha an aghaidh dealanach ag àrdachadh, ach tha an ìre àrdachaidh cuibhrichte. Anns an duilleag electrode tiugh, is e àrdachadh bacadh imrich ions lithium anns an electrolyte am prìomh adhbhar a bheir buaidh air feartan co-mheas. A ’beachdachadh air porosity agus toinneamh pore, tha astar imrich ions anns a’ phòla mòran thursan nas motha na tiugh duilleag a ’phòla.

(3) Tha an co-mheas de chomas àicheil-dearbhach comas N / P comas àicheil gu comas adhartach air a mhìneachadh mar:

Bu chòir N / P a bhith nas àirde na 1.0, sa chumantas 1.04 ~ 1.20, a tha sa mhòr-chuid ann an dealbhadh sàbhailteachd, gus casg a chuir air ion lithium taobh àicheil bho fhrasadh gun stòr gabhail, dealbhadh gus beachdachadh air comas pròiseas, leithid claonadh còmhdach. Ach, nuair a tha N / P ro mhòr, caillidh am bataraidh comas nach gabh a thoirt air ais, agus mar thoradh air sin bidh comas bataraidh ìosal agus dùmhlachd lùth bataraidh nas ìsle.

Airson an anod lithium titanate, thathas a ’gabhail ris an dealbhadh cus electrode adhartach, agus tha comas a’ bhataraidh air a dhearbhadh le comas an anod titanate lithium. Tha an dealbhadh cus adhartach a ’toirt taic do bhith a’ leasachadh coileanadh teòthachd àrd a ’bhataraidh: tha an gas teòthachd àrd sa mhòr-chuid a’ tighinn bhon dealan àicheil. Anns an dealbhadh cus adhartach, tha an comas àicheil ìosal, agus tha e nas fhasa film SEI a chruthachadh air uachdar titanate lithium.

(4) Dùmhlachd teannachaidh agus porosity a ’chòmhdaich Anns a’ phròiseas toraidh, tha dùmhlachd teannachaidh còmhdach an dealan bataraidh air a thomhas leis an fhoirmle a leanas. Leis gu bheil am foil meatailt air a leudachadh nuair a thèid an duilleag pòla a roiligeadh, tha dùmhlachd uachdar a ’chòmhdaich às deidh an rolair air a thomhas leis an fhoirmle a leanas.

Mar a chaidh a ràdh na bu thràithe, tha an còmhdach air a dhèanamh suas de ìre stuth beò, ìre adhesive carbon agus pore, agus faodar an porosity a thomhas leis a ’cho-aontar a leanas.

Nam measg, is e an dùmhlachd còmhdach cuibheasach: tha dealan bataraidh lithium na sheòrsa de ghràinean pùdar de chòmhdach, leis gu bheil uachdar na mìrean pùdar garbh, cumadh neo-riaghailteach, nuair a bhios e a’ cruinneachadh, mìrean eadar mìrean agus mìrean, agus tha sgàinidhean agus pores aig cuid de ghràineanan fhèin, mar sin meud pùdar a’ toirt a-steach meud pùdar, na pores eadar na gràinean pùdarrach agus na gràineanan, mar sin, am measgachadh co-fhreagarrach de dhlùths còmhdach electrode agus riochdachadh porosity. Tha dùmhlachd nam mìrean pùdar a’ toirt iomradh air meud an fhùdair gach aonad meud. A rèir meud an fhùdair, tha e air a roinn ann an trì seòrsaichean: fìor dùmhlachd, dùmhlachd gràin agus dùmhlachd cruinneachaidh. Tha na diofar dùmhlachdan air am mìneachadh mar a leanas:

1. Tha fìor dùmhlachd a’ toirt iomradh air an dùmhlachd a gheibhear le bhith a’ roinneadh meud an fhùdair leis an tomhas-lìonaidh (fìor mheud) às aonais beàrnan a-staigh agus a-muigh nam mìrean. Is e sin, dùmhlachd na cùise fhèin a gheibhear às deidh a bhith a’ dùnadh a-mach meud nam beàrnan gu lèir.
2. Tha dùmhlachd mìrean a ’toirt iomradh air dùmhlachd nam mìrean a gheibhear le bhith a’ roinneadh meud an fhùdair air a roinn leis an tomhas de ghràinean a ’toirt a-steach an toll fosgailte agus an toll dùinte. Is e sin, a’ bheàrn eadar na gràineanan, ach chan e na pores grinn am broinn na gràineanan, dùmhlachd nam mìrean fhèin.
3. Tha dùmhlachd cruinneachaidh, is e sin, dùmhlachd còmhdach, a’ toirt iomradh air an dùmhlachd a gheibhear leis an tomad pùdar air a roinn leis an tomhas de chòmhdach a chruthaich am pùdar. Tha an tomhas-lìonaidh a thathar a’ cleachdadh a’ toirt a-steach pores nam mìrean iad fhèin agus na beàrnan eadar na gràineanan.

Airson an aon phùdar, fìor dùmhlachd> dùmhlachd gràin> dùmhlachd pacaidh. Is e porosity a ’phùdar an co-mheas de na pores anns a’ chòmhdach mìrean pùdar, is e sin, an co-mheas de mheud a ’bheàrn eadar na gràinean pùdarrach agus pores nam mìrean gu meud iomlan a’ chòmhdach, a tha gu cumanta air a chuir an cèill mar cheudad. Tha porosity pùdar na sheilbh coileanta co-cheangailte ri morf-eòlas mìrean, staid uachdar, meud mìrean agus cuairteachadh meud mìrean. Tha an porosity aige a’ toirt buaidh dhìreach air in-shìoladh tar-chuir electrolyte agus lithium-ion. San fharsaingeachd, mar as motha am porosity, is ann as fhasa a bhios an in-shìoladh electrolyte, agus mar as luaithe a bhios an tar-chuir lithium-ion. Mar sin, ann an dealbhadh bataraidh lithium, uaireannan gus dearbhadh dè an porosity, a chleachdar gu cumanta modh cuideam mercury, dòigh adsorption gas, msaa Faodar cuideachd fhaighinn le bhith a ’cleachdadh an àireamhachadh dùmhlachd. Faodaidh buaidh eadar-dhealaichte a bhith aig porosity cuideachd nuair a thathar a’ cleachdadh diofar dhùmhlachd airson an àireamhachadh. Nuair a tha dùmhlachd porosity an stuth beò, an àidseant giùlain agus an inneal-ceangail air a thomhas leis an fhìor dùmhlachd, tha an porosity àireamhaichte a ’toirt a-steach a’ bheàrn eadar na gràineanan agus a ’bheàrn taobh a-staigh nam mìrean. Nuair a thèid porosity an stuth beò, àidseant giùlain agus inneal-ceangail a thomhas a rèir dùmhlachd a ’ghràin, tha am porosity àireamhaichte a’ toirt a-steach a ’bheàrn eadar na gràineanan, ach chan e a’ bheàrn taobh a-staigh na gràineanan. Mar sin, tha meud pore an duilleag electrode bataraidh lithium cuideachd ioma-sgèile, mar as trice tha a’ bheàrn eadar na gràineanan ann am meud sgèile micron, fhad ‘s a tha am beàrn taobh a-staigh nam mìrean anns an nanometer gu sgèile fo-submicron. Ann an electrodan porous, faodar an dàimh eadar feartan còmhdhail leithid diffusivity èifeachdach agus seoltachd a chuir an cèill leis a’ cho-aontar a leanas:

Far a bheil D0 a’ riochdachadh ìre sgaoilidh gnèitheach (giùlain) an stuth fhèin, is e ε bloigh tomhas-lìonaidh na h-ìre fhreagarrach, agus is e τ curvature cuairteach na h-ìre co-fhreagarrach. Anns a ’mhodail macroscopic homogeneous, thathas a’ cleachdadh an dàimh Bruggeman sa chumantas, a ’gabhail a’ cho-èifeachd ɑ = 1.5 gus tuairmse a dhèanamh air dearbhachd èifeachdach nan electrodan porous.

Tha an electrolyte air a lìonadh ann am pores nan dealanan porous, anns a bheil na h-ianan lithium air an stiùireadh tron ​​​​electrolyte, agus tha feartan giùlain nan ianan lithium ceangailte gu dlùth ris an porosity. Mar as motha am porosity, is ann as àirde am bloigh lìonaidh den ìre electrolyte, agus mar as motha an giùlan èifeachdach de ianan lithium. Anns an duilleag electrode adhartach, bidh dealanan air an tar-chuir tron ​​​​ìre gualain adhesive, bidh bloigh tomhas-lìonaidh na h-ìre adhesive gualain agus gluasad air falbh bhon ìre adhesive gualain gu dìreach a’ dearbhadh giùlan èifeachdach dealanan.

Tha porosity agus bloigh tomhas-lìonaidh na h-ìre gualain adhesive an-aghaidh, agus tha am porosity mòr gu do-sheachanta a’ leantainn gu bloigh tomhas-lìonaidh na h-ìre gualain adhesive, mar sin, tha feartan giùlain èifeachdach ions lithium agus dealanan cuideachd an-aghaidh, mar a chithear ann am Figear 2 Mar a tha an porosity a 'lùghdachadh, an lithium ion conductivity èifeachdach a' lùghdachadh fhad 'sa electron conductivity èifeachdach àrdachadh. Tha mar a chothromachadh an dà cuideachd deatamach ann an dealbhadh electrode.

Figear 2 Diagram sgeamach de porosity agus lithium-ion agus seoltachd dealanach

2. Seòrsa agus lorg lochdan pòla

 

Aig an àm seo, ann am pròiseas ullachadh pòla bataraidh, thathas a’ gabhail ri barrachd is barrachd theicneòlasan lorgaidh air-loidhne, gus easbhaidhean saothrachaidh thoraidhean a chomharrachadh gu h-èifeachdach, cuir às do thoraidhean easbhaidheach, agus fios air ais ann an deagh àm don loidhne toraidh, atharrachaidhean fèin-ghluasadach no làimhe air an riochdachadh. phròiseas, gus an ìre easbhaidheach a lughdachadh.

Tha na teicneòlasan lorg air-loidhne a thathas a’ cleachdadh gu cumanta ann an saothrachadh duilleag pòla a’ toirt a-steach lorg feart siolaid, lorg càileachd duilleag pòla, lorg tomhasan agus mar sin air adhart, Mar eisimpleir: (1) tha am meatair slaodachd air-loidhne air a chuir a-steach gu dìreach anns an tanca stòraidh còmhdach gus an reul-eòlas a lorg. feartan an t-siodair ann an àm fìor, Dèan deuchainn air seasmhachd an t-siodair; (2) A 'cleachdadh X-ray no β-ray anns a' phròiseas co-chòmhdaich, A cruinneas tomhais àrd, Ach rèididheachd mòr, prìs àrd uidheamachd agus trioblaid cumail suas; (3) Tha teicneòlas tomhais tighead laser air-loidhne air a chuir an sàs gus tiugh an duilleag pòla a thomhas, Faodaidh cruinneas tomhais ruighinn ± 1. 0 μ m, Faodaidh e cuideachd an gluasad atharrachaidh de thiugh agus tiugh tomhais a thaisbeanadh ann an àm fìor, Cuidich le bhith a’ lorg dàta agus mion-sgrùdadh; (4) Teicneòlas lèirsinn CCD, Is e sin, tha an sreath loidhne CCD air a chleachdadh gus an nì tomhaiste a sganadh, Giullachd ìomhaighean fìor-ùine agus mion-sgrùdadh air roinnean de lochdan, Faigh a-mach lorg neo-sgriosail air-loidhne de lochdan uachdar duilleag pòla.

Mar inneal airson smachd càileachd, tha teicneòlas deuchainn air-loidhne cuideachd deatamach gus tuigse fhaighinn air a’ cho-dhàimh eadar uireasbhaidhean agus coileanadh bataraidh, gus na slatan-tomhais barantaichte / gun teisteanas airson toraidhean leth-chrìochnaichte a dhearbhadh.

Anns a ’phàirt mu dheireadh, tha an dòigh ùr air teicneòlas lorg lochdan uachdar de bataraidh lithium-ion, teicneòlas ìomhaighean teirmeach infridhearg agus an dàimh eadar na diofar lochdan sin agus coileanadh electrochemical air an toirt a-steach goirid.consult D. Mohanty Sgrùdadh mionaideach le Mohanty et al.

(1) Easbhaidhean cumanta air uachdar duilleag pòla

Tha Figear 3 a’ sealltainn na h-uireasbhaidhean cumanta air uachdar an dealan bataraidh lithium-ion, leis an ìomhaigh optigeach air an taobh chlì agus an ìomhaigh air a ghlacadh leis an ìomhaigh teirmeach air an taobh cheart.

Figear 3 Easbhaidhean cumanta air uachdar na duilleig pòla: (a, b) cèis bulge / iomlan; (c, d) stuth drop / pinhole; (e, f) corp cèin meatailt; (g, h) còmhdach neo-chòmhnard

 

(A, b) bulge àrdaichte / iomlan, faodaidh uireasbhaidhean mar sin tachairt ma tha an sioda air a ghluasad gu cothromach no ma tha astar an còmhdach neo-sheasmhach. Bidh an cruinneachadh de riochdairean gluasaid adhesive agus carbon dubh a’ leantainn gu susbaint ìosal de ghrìtheidean gnìomhach agus cuideam aotrom de chlàran pòla.

 

(c, d) drop / pinhole, chan eil na raointean easbhaidheach sin air an còmhdach agus mar as trice bidh iad air an toirt a-mach le builgeanan san t-sileadh. Bidh iad a ’lughdachadh na tha de stuth gnìomhach agus a’ nochdadh an neach-cruinneachaidh don electrolyte, agus mar sin a ’lughdachadh comas electrochemical.

 

(E, f) buidhnean cèin meatailt, siodar no buidhnean cèin meatailt air an toirt a-steach don uidheamachd agus an àrainneachd, agus faodaidh buidhnean cèin meatailt cron mòr a dhèanamh air bataraidhean lithium. Bidh mìrean mòra meatailt a ’toirt buaidh dhìreach air an diaphragm, a’ leantainn gu cuairt ghoirid eadar na electrodan adhartach is àicheil, a tha na chuairt ghoirid corporra. A bharrachd air an sin, nuair a tha am buidheann cèin meatailt air a mheasgachadh a-steach don electrode adhartach, bidh an comas adhartach ag àrdachadh às deidh cosgais, bidh am meatailt a ’fuasgladh, a’ sgaoileadh tron ​​​​electrolyte, agus an uairsin a ’sileadh air an uachdar àicheil, agus mu dheireadh a’ puncture an diaphragm, a ’cruthachadh cuairt ghoirid, a tha na chuairt ghoirid sgaoilidh ceimigeach. Is e na buidhnean cèin meatailt as cumanta ann an làrach factaraidh bataraidh Fe, Cu, Zn, Al, Sn, SUS, msaa.

 

(g, h) chan eil còmhdach neo-chòmhnard, leithid measgachadh an t-siùrraidh gu leòr, tha e furasta gu leòr a bhith a 'nochdadh mìneachd nam mìrean nuair a tha am pìos mòr, a' leantainn gu còmhdach neo-chòmhnard, a bheir buaidh air cunbhalachd comas a 'bhataraidh, agus eadhon a' nochdadh gu tur gun stripe còmhdach, a’ toirt buaidh air comas agus sàbhailteachd.

(2) Teicneòlas lorg lochdan uachdar sliseag pòla Thathas a’ cleachdadh teicneòlas ìomhaighean teirmeach fo-dhearg (IR) gus uireasbhaidhean beaga a lorg air dealanan tioram a dh’ fhaodadh cron a dhèanamh air coileanadh bataraidhean lithium-ion. Rè an lorg air-loidhne, ma lorgar an locht electrode no an truailleadh, comharraich e air an duilleag pòla, cuir às dha sa phròiseas às deidh sin, agus cuir air ais e chun loidhne toraidh, agus atharraich am pròiseas ann an àm gus cuir às do na h-uireasbhaidhean. Is e seòrsa de thonn electromagnetic a th’ ann an gath infridhearg aig a bheil an aon nàdar ri tonnan rèidio agus solas faicsinneach. Thathas a’ cleachdadh inneal dealanach sònraichte gus cuairteachadh teòthachd uachdar nì a thionndadh gu ìomhaigh fhaicsinneach de shùil mhic an duine, agus gus cuairteachadh teòthachd uachdar nì a thaisbeanadh ann an diofar dhathan ris an canar teicneòlas ìomhaighean teirmeach infridhearg. Canar ìomhaighear teirmeach infridhearg ris an inneal dealanach seo. Bidh a h-uile nì os cionn neoni iomlan (-273 ℃) a’ leigeil a-mach rèididheachd fo-dhearg.
Mar a chithear ann am Figear 4, bidh an approximator teirmeach infridhearg (IR Camera) a’ cleachdadh an lorgaire infridhearg agus an amas ìomhaighean optigeach gus gabhail ri pàtran cuairteachaidh lùth rèididheachd infridhearg an nì targaid tomhaiste agus ga nochdadh air an eileamaid photosensitive den lorgaire infridhearg gus an lorgar infridhearg fhaighinn. ìomhaigh teirmeach infridhearg, a tha a rèir an raon cuairteachaidh teirmeach air uachdar an nì. Nuair a tha uireasbhaidh air uachdar nì, bidh an teòthachd ag atharrachadh san sgìre. Mar sin, faodar an teicneòlas seo a chleachdadh cuideachd gus na h-uireasbhaidhean air uachdar an nì a lorg, gu sònraichte freagarrach airson cuid de lochdan nach urrainnear aithneachadh le dòighean lorgaidh optigeach. Nuair a lorgar an dealan tiormachaidh de bataraidh lithium-ion air-loidhne, bidh an dealan-dealanach air a irradachadh leis a’ flash an toiseach, bidh teòthachd an uachdair ag atharrachadh, agus an uairsin lorgar teòthachd an uachdair le ìomhaigh teirmeach. Tha an ìomhaigh cuairteachaidh teas air fhaicinn, agus tha an ìomhaigh air a phròiseasadh agus air a sgrùdadh ann an àm fìor gus na h-uireasbhaidhean uachdar a lorg agus an comharrachadh ann an time.D. Mohanty Chuir an sgrùdadh a-steach inneal-ìomhaigh teirmeach aig taobh a-muigh an àmhainn tiormachaidh co-chòmhdaich gus ìomhaigh cuairteachadh teòthachd uachdar an duilleag electrode a lorg.

Tha Figear 5 (a) na mhapa cuairteachaidh teòthachd de uachdar còmhdach duilleag pòla dearbhach NMC a lorg an ìomhaighiche teirmeach, anns a bheil uireasbhaidh glè bheag nach gabh aithneachadh leis an t-sùil rùisgte. Tha an lùb cuairteachaidh teòthachd a tha a rèir an t-slighe air a shealltainn anns an inset a-staigh, le spìc teòthachd aig a’ phuing easbhaidh. Ann am Figear 5 (b), bidh an teòthachd ag àrdachadh gu h-ionadail anns a 'bhogsa fhreagarrach, a' freagairt ri uireasbhaidh uachdar duilleag a 'phòla. FIG. Tha 6 na dhiagram cuairteachaidh teòthachd uachdar den duilleag electrode àicheil a’ sealltainn gu bheil uireasbhaidhean ann, far a bheil an ìre as àirde de theodhachd ag èirigh a rèir na builgean no an t-iomlan, agus gu bheil an raon de lughdachadh teothachd a rèir an toll prìne no an tuiteam.

Figear 5 Sgaoileadh teòthachd an uachdar duilleag electrode dearbhach

Figear 6 Teòthachd cuairteachadh uachdar electrode àicheil

 

Chìthear gu bheil lorg ìomhaighean teirmeach cuairteachadh teothachd na dhòigh math air lorg fhaighinn air lochdan uachdar duilleag pòla, a dh'fhaodar a chleachdadh airson smachd càileachd saothrachadh duilleag pòla.3. Buaidh uireasbhaidhean uachdar duilleag pòla air coileanadh bataraidh

 

(1) Buaidh air comas iomadachaidh bataraidh agus èifeachdas Coulomb

Tha Figear 7 a’ sealltainn lùb buaidh an t-iomlan agus an toll prìne air comas iomadachaidh bataraidh agus èifeachdas coulen. Faodaidh an t-iomlanachd comas bataraidh a leasachadh, ach lughdaich e èifeachdas coulen. Bidh an toll prìne a’ lughdachadh comas bataraidh agus èifeachdas Kulun, agus tha èifeachdas Kulun a’ dol sìos gu mòr aig ìre àrd.

Figear 7 catod iomlan agus buaidh pinhole air comas bataraidh agus tha èifeachdas figear 8 còmhdach neo-chòmhnard, agus buidheann cèin meatailt Co agus Al air comas bataraidh agus buaidh an lùb èifeachdais, còmhdach neo-chòmhnard a’ lughdachadh comas mòr aonad bataraidh 10% - 20%, ach chaidh an comas bataraidh gu lèir sìos 60%, tha seo a’ sealltainn gun do lughdaich an tomad beò anns a’ phìos pòla gu mòr. Lùghdaich buidheann cèin Metal Co comas agus èifeachdas Coulomb, eadhon ann an àrdachadh àrd 2C agus 5C, gun chomas idir, a dh ’fhaodadh a bhith mar thoradh air cruthachadh meatailt Co ann an ath-bhualadh electrochemical lithium agus lithium freumhaichte, no dh’ fhaodadh gur e na mìrean meatailt a th ’ann. chuir e bacadh air pore an diaphragm ag adhbhrachadh meanbh-chuairt ghoirid.

Figear 8 Buaidhean còmhdach neo-chòmhnard electrode dearbhach agus buidhnean cèin meatailt Co agus Al air comas iomadachaidh bataraidh agus èifeachdas coulen

Geàrr-chunntas air uireasbhaidhean duilleag catod: Bidh na h-ates ann an còmhdach duilleag catod a’ lughdachadh èifeachdas bataraidh Coulomb. Bidh toll prìne a ’chòmhdaich adhartach a’ lughdachadh èifeachdas Coulomb, a ’leantainn gu droch choileanadh iomadachaidh, gu sònraichte aig dùmhlachd gnàthach àrd. Sheall an còmhdach ioma-ghnèitheach droch choileanadh meudachaidh. Faodaidh truailleadh mìrean meatailt meanbh-chuairtean adhbhrachadh, agus mar sin dh ’fhaodadh iad comas bataraidh a lughdachadh gu mòr.
Tha Figear 9 a’ sealltainn buaidh an stiall foil aoidionachd àicheil air comas iomadachaidh agus èifeachdas Kulun a’ bhataraidh. Nuair a bhios an aodion a ’tachairt aig an dealan àicheil, tha comas a’ bhataraidh air a lughdachadh gu mòr, ach chan eil an comas gram follaiseach, agus chan eil a ’bhuaidh air èifeachdas Kulun cudromach.

 

Figear 9 Buaidh stiall foil aoidionachd electrode àicheil air comas iomadachaidh bataraidh agus èifeachdas Kulun (2) Buaidh air coileanadh cearcall iomadachaidh bataraidh Tha Figear 10 mar thoradh air buaidh easbhaidh uachdar electrode air cearcall iomadachaidh bataraidh. Tha geàrr-chunntas air toraidhean buaidh mar a leanas:
Egregation: aig 2C, is e an ìre cumail suas comas de 200 cearcall 70% agus tha am bataraidh easbhaidheach 12%, agus ann an cearcall 5C, is e ìre cumail suas comas 200 cearcall 50% agus is e am bataraidh easbhaidheach 14%.
Snàthaid: tha an lughdachadh comas follaiseach, ach chan eil lughdachadh iomlan de lochdan luath, agus is e an ìre cumail suas comas 200 cearcall 2C agus 5C 47% agus 40%, fa leth.
Buidheann cèin meatailt: tha comas buidheann cèin meatailt Co faisg air 0 às deidh grunn chuairtean, agus tha comas cearcall 5C de bhuidheann cèin meatailt Al foil a ’dol sìos gu mòr.
Stiall aoidionach: Airson an aon raon aoidionachd, bidh comas bataraidh grunn stiallan nas lugha a’ lughdachadh nas luaithe na strì nas motha (47% airson 200 cearcall ann an 5C) (7% airson 200 cearcall ann an 5C). Tha seo a’ sealltainn mar as motha an àireamh de stiallan, is ann as motha a bheir a’ bhuaidh air cearcall a’ bhataraidh.

Figear 10 Buaidh easbhaidhean uachdar duilleag electrode air cearcall ìre cealla

 

Ref .: [1] Measadh neo-sgriosail air dealanan bataraidh lithium àrd-chòmhdaichte le slot-die le caliper laser in-loidhne agus dòighean thermography IR [J].ANALYTICALMETHODS.2014, 6(3): 674-683.[2]Buaidh de lochdan saothrachaidh electrode air coileanadh electrochemical bataraidhean lithium-ion: mothachadh air stòran fàilligeadh bataraidh[J].Journal of Power Sources.2016, 312: 70-79.