By hoppt
Utendaji wa betri za lithiamu-ioni huathiriwa sana na sifa zao za kinetic. Kwa sababu Li+ inahitaji kuharibiwa kwanza inapopachikwa kwenye nyenzo ya grafiti, inahitaji kutumia kiasi fulani cha nishati na kuzuia usambaaji wa Li+ kwenye grafiti. Kinyume chake, wakati Li + inatolewa kutoka kwa nyenzo za grafiti kwenye suluhisho, mchakato wa ufumbuzi utatokea kwanza, na mchakato wa ufumbuzi hauhitaji matumizi ya nishati. Li+ inaweza kuondoa grafiti haraka, ambayo inasababisha kukubalika kwa malipo duni kwa nyenzo za grafiti. Katika kukubalika kwa kutokwa.
Kwa joto la chini, sifa za kinetic za electrode hasi ya grafiti zimeboreshwa na kuwa mbaya zaidi. Kwa hiyo, ubaguzi wa kielektroniki wa elektrodi hasi huimarishwa kwa kiasi kikubwa wakati wa mchakato wa malipo, ambayo inaweza kusababisha urahisi wa mvua ya lithiamu ya metali kwenye uso wa electrode hasi. Utafiti wa Christian von Lüders wa Chuo Kikuu cha Kiufundi cha Munich, Ujerumani, umeonyesha kuwa katika -2°C, kiwango cha malipo kinazidi C/2, na kiwango cha mvua ya lithiamu ya chuma huongezeka kwa kiasi kikubwa. Kwa mfano, kwa kiwango cha C/2, kiasi cha kuweka lithiamu kwenye uso wa elektrodi inayopingana ni juu ya malipo yote. 5.5% ya uwezo lakini itafikia 9% chini ya ukuzaji wa 1C . Lithiamu ya metali iliyopungua inaweza kukua zaidi na hatimaye kuwa dendrites ya lithiamu, kutoboa kupitia diaphragm na kusababisha mzunguko mfupi wa elektrodi chanya na hasi. Kwa hiyo, ni muhimu kuepuka malipo ya betri ya lithiamu-ioni kwa joto la chini iwezekanavyo. Wakati ni lazima ichaji betri katika halijoto ya chini, ni muhimu kuchagua mkondo mdogo wa kuchaji betri ya lithiamu-ioni iwezekanavyo na kuhifadhi kikamilifu betri ya lithiamu-ioni baada ya kuchaji ili kuhakikisha Lithiamu ya metali inatoka kwa elektrodi hasi. inaweza kuguswa na grafiti na kuingizwa tena kwenye electrode hasi ya grafiti.
Veronika Zinth na wengine wa Chuo Kikuu cha Ufundi cha Munich walitumia diffraction ya nyutroni na mbinu nyingine kuchunguza tabia ya mabadiliko ya lithiamu ya betri za lithiamu-ioni kwa joto la chini la -20 ° C. Neutroni diffraction imekuwa njia mpya ya kugundua katika miaka ya hivi karibuni. Ikilinganishwa na XRD, diffraction ya neutroni ni nyeti zaidi kwa vipengele vya mwanga (Li, O, N, nk), hivyo inafaa sana kwa majaribio yasiyo ya uharibifu ya betri za lithiamu-ion.
Katika jaribio hilo, VeronikaZinth alitumia betri ya NMC111/graphite 18650 kuchunguza tabia ya mabadiliko ya lithiamu ya betri za lithiamu-ioni kwa joto la chini. Betri inashtakiwa na kutolewa wakati wa jaribio kulingana na mchakato ulioonyeshwa kwenye takwimu hapa chini.
Kielelezo kifuatacho kinaonyesha mabadiliko ya awamu ya elektrodi hasi chini ya SoCs tofauti wakati wa mzunguko wa pili wa kuchaji kwa kiwango cha C/30 cha kuchaji. Inaweza kuonekana kuwa katika 30.9% ya SoC, awamu za electrode hasi ni hasa LiC12, Li1-XC18, na kiasi kidogo cha LiC6 Composition; baada ya SoC kuzidi 46%, nguvu ya kutofautisha ya LiC12 inaendelea kupungua, huku nguvu ya LiC6 ikiendelea kuongezeka. Hata hivyo, hata baada ya malipo ya mwisho kukamilika, kwa kuwa tu 1503mAh inashtakiwa kwa joto la chini (uwezo ni 1950mAh kwa joto la kawaida), LiC12 iko katika electrode hasi. Tuseme sasa chaji imepunguzwa hadi C/100. Katika kesi hiyo, betri bado inaweza kupata uwezo wa 1950mAh kwa joto la chini, ambalo linaonyesha kuwa kupungua kwa nguvu za betri za lithiamu-ion kwa joto la chini ni hasa kutokana na kuzorota kwa hali ya kinetic.
Takwimu hapa chini inaonyesha mabadiliko ya awamu ya grafiti katika electrode hasi wakati wa malipo kulingana na kiwango cha C/5 kwa joto la chini la -20 ° C. Inaweza kuona kwamba mabadiliko ya awamu ya grafiti ni tofauti sana ikilinganishwa na kiwango cha malipo ya C/30. Inaweza kuonekana kutoka kwa takwimu kwamba wakati SoC>40%, nguvu ya awamu ya betri LiC12 chini ya kiwango cha chaji cha C/5 hupungua polepole sana, na ongezeko la nguvu ya awamu ya LiC6 pia ni dhaifu sana kuliko ile ya C/30. kiwango cha malipo. Inaonyesha kuwa kwa kiwango cha juu kiasi cha C/5, LiC12 kidogo inaendelea kuingiliana na lithiamu na inabadilishwa kuwa LiC6.
Takwimu hapa chini inalinganisha mabadiliko ya awamu ya electrode hasi ya grafiti wakati wa malipo kwa viwango vya C / 30 na C / 5, kwa mtiririko huo. Takwimu inaonyesha kuwa kwa viwango viwili tofauti vya malipo, awamu ya lithiamu-maskini Li1-XC18 inafanana sana. Tofauti inaonekana hasa katika awamu mbili za LiC12 na LiC6. Inaweza kuonekana kutoka kwa takwimu kwamba mwenendo wa mabadiliko ya awamu katika electrode hasi ni kiasi karibu katika hatua ya awali ya malipo chini ya viwango viwili vya malipo. Kwa awamu ya LiC12, wakati uwezo wa kuchaji unafikia 950mAh (49% SoC), hali inayobadilika huanza kuonekana tofauti. Inapokuja 1100mAh (56.4% SoC), awamu ya LiC12 chini ya vikuzaji viwili huanza kuonyesha pengo kubwa. Wakati wa malipo kwa kiwango cha chini cha C/30, kupungua kwa hatua ya LiC12 ni haraka sana, lakini kushuka kwa awamu ya LiC12 kwa kiwango cha C/5 ni polepole zaidi; hiyo ni kusema, hali ya kinetic ya kuingizwa kwa lithiamu katika electrode hasi huharibika kwa joto la chini. , Ili LiC12 kuingiliana zaidi lithiamu kuzalisha LiC6 awamu kasi ilipungua. Sambamba na hilo, awamu ya LiC6 huongezeka haraka sana kwa kiwango cha chini cha C/30 lakini ni polepole zaidi kwa kiwango cha C/5. Hii inaonyesha kuwa kwa kiwango cha C/5, Li ndogo zaidi imepachikwa katika muundo wa fuwele wa grafiti, lakini kinachovutia ni kwamba uwezo wa chaji wa betri (1520.5mAh) kwa kiwango cha chaji cha C/5 ni cha juu kuliko cha C. / 30 kiwango cha malipo. Nguvu (1503.5mAh) ni ya juu zaidi. Li ya ziada ambayo haijapachikwa katika elektrodi hasi ya grafiti kuna uwezekano wa kuwa na mvua kwenye uso wa grafiti kwa njia ya lithiamu ya metali. Mchakato wa kusimama baada ya mwisho wa malipo pia inathibitisha hili kutoka upande-kidogo.
Takwimu ifuatayo inaonyesha muundo wa awamu ya electrode hasi ya grafiti baada ya malipo na baada ya kushoto kwa saa 20. Mwishoni mwa malipo, awamu ya electrode hasi ya grafiti ni tofauti sana chini ya viwango viwili vya malipo. Katika C/5, uwiano wa LiC12 katika anode ya grafiti ni ya juu, na asilimia ya LiC6 ni ya chini, lakini baada ya kusimama kwa saa 20, tofauti kati ya hizo mbili imekuwa ndogo.
Takwimu hapa chini inaonyesha mabadiliko ya awamu ya electrode hasi ya grafiti wakati wa mchakato wa kuhifadhi 20h. Inaweza kuona kutoka kwa takwimu kwamba ingawa awamu za electrodes mbili zinazopingana bado ni tofauti sana mwanzoni, wakati wa kuhifadhi unapoongezeka, aina mbili za malipo Hatua ya anode ya grafiti chini ya ukuzaji imebadilika karibu sana. LiC12 inaweza kuendelea kubadilishwa hadi LiC6 wakati wa mchakato wa kuweka rafu, ikionyesha kuwa Li itaendelea kupachikwa kwenye grafiti wakati wa mchakato wa kuweka rafu. Sehemu hii ya Li huenda ikawa ya metali ya lithiamu iliyosogezwa na uso wa elektrodi hasi ya grafiti kwenye joto la chini. Uchambuzi zaidi ulionyesha kuwa mwisho wa malipo kwa kiwango cha C/30, kiwango cha mwingiliano wa lithiamu ya elektrodi hasi ya grafiti ilikuwa 68%. Bado, kiwango cha mwingiliano wa lithiamu kiliongezeka hadi 71% baada ya kuweka rafu, ongezeko la 3%. Mwishoni mwa malipo kwa kiwango cha C/5, shahada ya kuingizwa kwa lithiamu ya electrode hasi ya grafiti ilikuwa 58%, lakini baada ya kushoto kwa saa 20, iliongezeka hadi 70%, ongezeko la jumla la 12%.
Utafiti hapo juu unaonyesha kuwa wakati wa kuchaji kwa joto la chini, uwezo wa betri utapungua kwa sababu ya kuzorota kwa hali ya kinetic. Pia itapunguza chuma cha lithiamu kwenye uso wa elektrodi hasi kwa sababu ya kupungua kwa kiwango cha kuingizwa kwa lithiamu ya grafiti. Hata hivyo, baada ya muda wa kuhifadhi, Sehemu hii ya lithiamu metali inaweza kupachikwa katika grafiti tena; katika matumizi halisi, muda wa rafu mara nyingi ni mfupi, na hakuna hakikisho kwamba lithiamu yote ya metali inaweza kupachikwa kwenye grafiti tena, kwa hiyo inaweza kusababisha baadhi ya lithiamu ya metali kuendelea kuwepo katika elektrodi hasi. Sehemu ya uso wa betri ya lithiamu-ioni itaathiri uwezo wa betri ya lithiamu-ioni na inaweza kutoa dendrites za lithiamu zinazohatarisha usalama wa betri ya lithiamu-ion. Kwa hiyo, jaribu kuepuka kuchaji betri ya lithiamu-ion kwa joto la chini. Sasa ya chini, na baada ya kuweka, hakikisha muda wa rafu ya kutosha ili kuondokana na lithiamu ya chuma katika electrode hasi ya grafiti.
Makala hii inahusu hasa hati zifuatazo. Ripoti inatumika tu kutambulisha na kukagua kazi zinazohusiana za kisayansi, ufundishaji darasani na utafiti wa kisayansi. Sio kwa matumizi ya kibiashara. Ikiwa una masuala yoyote ya hakimiliki, tafadhali jisikie huru kuwasiliana nasi.
1.Kadiria uwezo wa nyenzo za grafiti kama elektrodi hasi katika capacitor za lithiamu-ioni,Electrochimica Acta 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar,JY Nerkar,AG Pandolfo
2.Uwekaji wa Lithiamu katika betri za lithiamu-ioni zinazochunguzwa kwa kupunguza voltage na diffraction ya neutroni katika situ,Journal of Power Sources 342(2017)17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen
3.Uwekaji wa lithiamu katika betri za lithiamu-ioni katika halijoto ya chini ya mazingira iliyochunguzwa na diffraction ya in situ ya neutroni, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buchberger, Simon, Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles
jibu ndani ya masaa 6, maswali yoyote yanakaribishwa!
