اخبار صنعت

سنسور جدید نشان می دهد باتری های لیتیوم-یون می توانند 5 بار سریعتر با خیال راحت شارژ شوند

2021-06-16
موضوعات:
فناوری باتری ، علوم مواد ، انرژی های تجدید پذیر ، پایداری ، دانشگاه وارویک ، باتری های لیتیوم یون
توسط لیزا بارویک ، دانشگاه وارویک 18 فوریه 2018



این یک سنسور دمای باتری لیتیوم است. WMG ، دانشگاه وارویک

محققان WMG در دانشگاه وارویک یک آزمایش مستقیم و دقیق جدید در مورد دمای داخلی باتری های لیتیوم یونی و پتانسیل الکترودهای آنها ایجاد کرده و دریافتند که باتری ها می توانند تا پنج برابر سریعتر از حد مجاز فعلی شارژ با خیال راحت شارژ شوند. این فناوری جدید در حین عملکرد عادی باتری بدون مانع عملکرد آن درجا کار می کند و بر روی باتری های استاندارد تجاری موجود آزمایش شده است. چنین فناوری جدیدی باعث پیشرفت در زمینه مواد باتری ، نرخ شارژ انعطاف پذیر باتری ، مهندسی حرارتی و الکتریکی مواد و فناوری جدید باتری می شود و این پتانسیل را دارد که به طراحی سیستم های ذخیره انرژی برای برنامه های با کارایی بالا مانند مسابقات اتومبیل رانی و تعادل شبکه کمک کند. به

اگر باتری بیش از حد گرم شود ، آسیب جدی به ویژه به الکترولیت آن وارد می کند و حتی می تواند منجر به موقعیت های خطرناکی شود که در آن الکترولیت به شکل گازهایی تجزیه می شود که هم قابل اشتعال هستند و هم باعث ایجاد فشار قابل توجهی می شوند. شارژ بیش از حد آند می تواند منجر به آبکاری زیاد لیتیوم شود که دندریت های فلزی را تشکیل می دهد و در نهایت جدا کننده را سوراخ می کند و باعث ایجاد اتصال کوتاه داخلی با کاتد و خرابی فاجعه بار بعدی می شود.

به منظور اجتناب از این امر ، تولیدکنندگان حداکثر میزان شارژ یا شدت باتری ها را بر اساس درجه حرارت و سطوح بالقوه ای که باید از آنها اجتناب شود ، تعیین می کنند. با این حال ، تا کنون آزمایش دمای داخلی (و به دست آوردن اطلاعات مربوط به پتانسیل هر الکترود) در یک باتری ، غیرممکن یا غیرعملی بوده است ، بدون اینکه تأثیر قابل توجهی بر عملکرد باتری ها بگذارد.
تولیدکنندگان مجبور به استفاده از ابزارهای خارجی محدود بوده اند. این روش بدیهی است که نمی تواند قرائت دقیقی را ارائه دهد که باعث شده تولیدکنندگان محدودیت های بسیار محافظه کارانه ای را در حداکثر سرعت یا شدت شارژ تعیین کنند تا مطمئن شوند باتری آسیب نمی بیند یا در بدترین حالت خرابی فاجعه بار رخ می دهد.

با این حال ، محققان WMG در دانشگاه وارویک طیف جدیدی از روش ها را توسعه داده اند که به آنها اجازه می دهد دمای داخلی بسیار دقیق و نظارت بر وضعیت باتری های لیتیوم یونی با فرمت ها و مقصدهای مختلف را کنترل کنند. این روشها را می توان در حین عملکرد معمولی باتری بدون مانع عملکرد آن استفاده کرد و بر روی باتری های تجاری موجود در کلاس خودرو آزمایش شده است. داده های بدست آمده از چنین روش هایی بسیار دقیق تر از تشخیص خارجی است و WMG توانسته است مطمئن شود که باتری های لیتیوم تجاری موجود امروزه می توانند حداقل پنج برابر سریعتر از حداکثر میزان توصیه شده فعلی شارژ شوند.

محققان WMG تحقیقات خود را در این ماه (فوریه 2018) در مجله معتبر منتشر کرده اند؟ مجله Electrochimica Acta در مقاله ای با عنوان "درک محدودیت های شارژ سریع با استفاده از سلولهای لیتیوم یونی با انرژی بالا 18650 تجاری".

دکتر تازدین آمیتزاجو ، محقق WMG که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت ، گفت:

این می تواند منافع عظیمی را در زمینه هایی مانند مسابقات اتومبیل رانی به ارمغان آورد که از مزایای آشکار این امکان برخوردار است که بتواند محدودیت های عملکرد را افزایش دهد ، اما همچنین فرصت های عظیمی را برای مصرف کنندگان و ارائه دهندگان ذخیره انرژی ایجاد می کند. شارژ سریعتر مانند همیشه به هزینه عمر کلی باتری می انجامد ، اما بسیاری از مصرف کنندگان از قابلیت شارژ سریع باتری خودرو در زمان کوتاه سفر و سپس تغییر زمان شارژ استاندارد در زمانهای دیگر استقبال می کنند. داشتن این انعطاف پذیری در استراتژی های شارژ ممکن است به مصرف کنندگان کمک کند تا از مشوق های مالی شرکت های قدرت که به دنبال متعادل کردن منابع شبکه با استفاده از وسایل نقلیه متصل به شبکه هستند ، بهره مند شوند.

این فناوری در حال حاضر آماده استفاده برای باتری های تجاری است ، اما ما باید اطمینان حاصل کنیم که سیستم های مدیریت باتری در وسایل نقلیه و زیرساخت هایی که برای وسایل نقلیه برقی در نظر گرفته شده است ، قادر به تعویض نرخ های متغیر شارژ است که شامل این موارد جدید می شود. پروفایل ها/محدوده های € دقیق تنظیم شده است

فناوری که محققان WMG برای این تشخیص مستقیم باتری درجا توسعه داده اند از الکترودهای مرجع مینیاتوری و Fiber Bragg Gratings (FBG) استفاده می کند که از طریق لایه محافظت از کرنش سفارشی پیچیده شده است. یک پوست خارجی از اتیلن پروپیلن فلورین (FEP) روی فیبر استفاده شد و حفاظت شیمیایی را در برابر الکترولیت خورنده اضافه کرد. نتیجه دستگاهی است که می تواند با تمام قسمت های کلیدی باتری تماس مستقیم داشته باشد و در برابر فشارهای الکتریکی ، شیمیایی و مکانیکی که در حین کار باتری ها ایجاد می شود مقاومت کند و در عین حال دمای دقیق و قرائت های بالقوه را نیز امکان پذیر کند.

دکتر روهیت باگات ، دانشیار WMG که همچنین یکی از محققان این مقاله بود ، گفت:

این روش به ما یک ابزار دقیق جدید برای استفاده در سلولهای تجاری 18650 می دهد که تغییرات نامطلوب و قبلاً اجتناب ناپذیر در هندسه سلول را به حداقل می رساند. این دستگاه شامل یک الکترود مرجع درجا همراه با سنسور دمای فیبر نوری است. ما اطمینان داریم که تکنیک های مشابهی را می توان برای استفاده در سلول های کیسه ای توسعه داد

research € group گروه تحقیقاتی ما در WMG روی تعدادی راه حل تکنولوژیکی برای این مشکل کار کرده است و این تنها اولین موردی است که ما به انتشار رسانده ایم. ما امیدواریم که کار خود را در مورد سایر رویکردهای نوآورانه برای این چالش در سال آینده منتشر کنیم

انتشار: Tazdin Amietszajew و همکاران ، the € ing درک محدودیت های شارژ سریع با استفاده از 18650 سلول لیتیوم یونی با انرژی بالا تجاری ، Elect € Electrochimica Acta ، دوره 263 ، 10 فوریه 2018 ، صفحات 346-352 ؛ doi: 10.1016/j.electacta.2018.01.076