اخبار صنعت

بازطراحی هادی های فعلی باعث افزایش کارایی و ایمنی باتری لیتیوم یون می شود

2021-06-16
موضوعات:
فناوری باتری ، انرژی ، آزمایشگاه شتاب دهنده ملی SLAC ، باتری لیتیوم یون
توسط SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY OCTOBER 26 ، 2020



دانشمندان دانشگاه استنفورد و SLAC رساناهای جریان را "فویل های نازک فلزی که جریان را به الکترودها و از الکترودها توزیع می کنند" طراحی کردند تا باتری های لیتیوم یونی سبک تر ، ایمن تر و کارآمدتر شوند. آنها هادی تمام مسی ، میانی ، را با لایه ای از پلیمر سبک وزن که از مس فوق نازک (بالا سمت راست) پوشانده شده بود ، و آتش خاموش کننده را در لایه پلیمر برای خاموش کردن شعله (پایین سمت راست) تعبیه کردند. اعتبار: یوشنگ یی/دانشگاه استنفورد

افزودن پلیمرها و ضد حریق به کلکتورهای فعلی باتری ، آن را سبک تر ، ایمن تر و حدود 20 درصد کارآمدتر می کند.

دانشمندان دانشگاه استنفورد و آزمایشگاه ملی شتاب دهنده SLAC وزارت انرژی در رویکردی کاملاً جدید برای سبک تر کردن باتری های لیتیوم یونی ، یکی از سنگین ترین اجزای باتری sheets € فویل آلومینیومی که به جمع کننده های فعلی معروف است - بنابراین وزن آنها 80 درصد کمتر است و هرگونه آتش سوزی را فوراً خاموش می کند.

محققان می گویند ، اگر این فناوری مورد استفاده قرار گیرد ، می تواند دو هدف اصلی تحقیق در زمینه باتری را برآورده کند: گسترش برد رانندگی وسایل نقلیه برقی و کاهش خطر آتش سوزی لپ تاپ ها ، تلفن های همراه و سایر دستگاه ها. این امر به ویژه هنگامی که باتری ها بسیار سریع شارژ می شوند بسیار مهم است و بیشتر انواع آسیب های باتری را ایجاد می کند که می تواند منجر به آتش سوزی شود.

تیم تحقیقاتی کار خود را در Nature Energy در 15 اکتبر 2020 شرح دادند.

i € "گردآورنده فعلی همیشه به عنوان وزن مرده در نظر گرفته می شد ، و تا کنون از آن برای افزایش عملکرد باتری استفاده نشده است ،" یی کوی ، استاد SLAC و استنفورد و محقق موسسه مواد استنفورد گفت: و علوم انرژی (SIMES) که رهبری این تحقیق را بر عهده داشتند.

اما در مطالعه ما ، روشن کردن جمع کننده 80 density چگالی انرژی باتری های لیتیوم-یون را افزایش داد-"چقدر انرژی می توانند در وزن معینی ذخیره کنند"-16-26. این در مقایسه با افزایش متوسط ​​3 درصدی که در سال های اخیر به دست آمده ، جهش بزرگی است



در مقایسه با جمع کننده های فعلی باتری های لیتیوم یونی ، نسخه جدیدی که توسط دانشمندان استنفورد و SLAC طراحی شده است باعث می شود باتری ها سبک تر ، کم مصرف تر و ایمن تر شوند. همچنین می تواند با جایگزینی مس با پلیمر ارزان تر و کاهش هزینه حمل باتری برای بازیافت ، هزینه ها را کاهش دهد. اعتبار: گرگ استوارت/آزمایشگاه شتاب دهنده ملی SLAC

به شدت به دنبال کاهش وزن است

باتری های لیتیوم یونی چه به صورت استوانه و چه به صورت کیسه ای عرضه شوند ، دارای دو جمع کننده جریان ، یکی برای هر الکترود هستند. آنها جریان جاری به داخل یا خارج از الکترود را توزیع می کنند و 15 تا 50 درصد وزن برخی از باتری های پرقدرت یا فوق باریک را تشکیل می دهند. تراشیدن وزن باتری به خودی خود مطلوب است ، دستگاه های سبک تری را قادر می سازد و میزان وزنه ای را که وسایل نقلیه برقی باید به اطراف بکشند کاهش می دهد. ذخیره انرژی بیشتر در هر وزن معین به هر دو دستگاه و EV اجازه می دهد تا بین شارژها بیشتر طول بکشد.

کوی گفت ، کاهش وزن باتری و اشتعال پذیری نیز می تواند با کاهش هزینه حمل و نقل باتری های بازیافتی ، تأثیر زیادی در بازیافت داشته باشد.

محققان در صنعت باتری سعی کرده اند با جمع کردن نازک تر یا متخلخل تراز جمع کننده ، وزن آنها را کاهش دهند ، اما این تلاش ها عوارض جانبی ناخواسته ای مانند شکننده تر یا ناپایدارتر شدن باتری ها یا نیاز به الکترولیت بیشتر داشته است که هزینه را افزایش می دهد. ، یوشنگ یی ، محقق فوق دکتری در آزمایشگاه کوی گفت که آزمایشات را با ملاقات دانشمند لین یانگ چو انجام داده است.

وی گفت: "از نظر ایمنی ، مردم همچنین سعی کرده اند به الکترولیت باتری ، که قسمت قابل اشتعال است ، مقاوم در برابر آتش اضافه کنند ، اما شما می توانید مقدار زیادی از آن را قبل از اینکه چسبناک شود و دیگر یونها را به خوبی رسانایی نکند ، اضافه کنید." یورو



در تحقیقی در دانشگاه استنفورد و SLAC ، باتری های کیسه ای لیتیوم ساخته شده با جمع کننده های جریان تجاری امروزی (ردیف بالا) هنگام قرار گرفتن در معرض شعله باز آتش گرفتند و تا زمانی که تمام الکترولیت ها سوزانده شوند ، به شدت سوزانده شدند. باتری های جدید با جمع کننده های مقاوم در برابر شعله (ردیف پایینی) شعله های ضعیفی تولید کردند که در عرض چند ثانیه خاموش شد و حتی زمانی که دانشمندان سعی کردند آنها را دوباره روشن کنند دوباره شعله ور نشدند. اعتبار: یوشنگ یی/دانشگاه استنفورد

طراحی ساندویچ فویل پلیمری

پس از طوفان فکری برای این مشکل ، Cui ، Ye و دانشجوی کارشناسی ارشد Yayuan Liu آزمایش هایی را برای ساخت و آزمایش جمع کننده های فعلی بر اساس یک پلیمر سبک به نام polyimide طراحی کردند ، که در برابر آتش مقاوم است و در برابر دمای بالا ایجاد شده توسط شارژ سریع باتری مقاومت می کند. تریفنیل فسفات یا TPP - ضد آتش در پلیمر تعبیه شده بود که سپس روی هر دو سطح با یک لایه فوق نازک مس پوشانده شده بود. مس نه تنها کار معمول خود را در توزیع جریان انجام می دهد ، بلکه از پلیمر و ضد حریق آن نیز محافظت می کند.
  
به گفته یی ، این تغییرات وزن کلکتور فعلی را 80 درصد در مقایسه با نسخه های امروزی کاهش می دهد که به معنی افزایش چگالی انرژی بین 16 تا 26 درصد در انواع مختلف باتری ها است و جریان را نیز به خوبی معمولی هدایت می کند. جمع کننده ها بدون تخریب

یی گفت ، هنگامی که در معرض شعله باز از یک فندک قرار می گیرد ، باتری های کیسه ای ساخته شده از جمع کننده های جریان تجاری امروزی آتش می گیرند و به شدت می سوزند تا تمام الکترولیت ها بسوزانند. اما در باتری هایی که دارای جمع کننده های جدید مقاوم در برابر شعله هستند ، آتش هرگز خاموش نشد و شعله های بسیار ضعیفی ایجاد کرد که در عرض چند ثانیه خاموش شد و حتی زمانی که دانشمندان سعی کردند دوباره آن را روشن کنند ، دیگر شعله ور نشد.

به گفته Cui ، یکی از مزایای بزرگ این روش این است که کلکتور جدید باید آسان ساخته شود و همچنین ارزان تر باشد ، زیرا برخی از مس را با پلیمر ارزان قیمت جایگزین می کند. او گفت ، بنابراین افزایش آن برای تولید تجاری ، "بسیار ممکن است". محققان از طریق استنفورد برای ثبت اختراع درخواست داده اند و Cui گفت که آنها برای بررسی امکانات با تولیدکنندگان باتری تماس خواهند گرفت.

مرجع: collect € collect جمع کننده های فوق سبک و اطفاء حریق برای باتری های لیتیوم یونی با انرژی بالا و ایمنی بالا-توسط یوشنگ یه ، لین-یانگ چو ، یایوان لیو ، هانسن وانگ ، هیانگ کو لی ، ونکسیوآوانگ ، جیائو وان ، کای لیو ، گوانگمین ژو ، یوفی یانگ ، آنکون یانگ ، شین شیائو ، شین گائو ، دیوید توماس بویل ، هائو چن ، ونبو ژانگ ، سانگ چئول کیم و یی کوی ، 15 اکتبر 2020 ، انرژی طبیعت.
DOI: 10.1038/s41560-020-00702-8

این کار توسط دفتر بهره وری انرژی و انرژی های تجدیدپذیر DOE ، دفتر فناوری های خودرو تحت برنامه ارزیابی سریع باتری های لیتیوم یونی (XCEL) از سلول های شارژ سریع سریع پشتیبانی می شود.