Düşük Sıcaklıklarda İyi Performans Gösteren Lityum Metal Pil | Mühendisler Birliği
Bizi Takip Edin

Düşük Sıcaklıklarda İyi Performans Gösteren Lityum Metal Pil

Bilgisayar Müh.

Düşük Sıcaklıklarda İyi Performans Gösteren Lityum Metal Pil

Lityum (Li) piller veya lityum metal piller, anot olarak metalik lityum kullanır. Son birkaç on yılda, şarj edilebilir Li piller oyuncaklar, taşınabilir tüketici cihazları ve elektrikli araçlar da dahil olmak üzere çok çeşitli elektronik cihazlara güç sağlamak için kullanılmıştır.

Bu piller tipik olarak oda sıcaklığında güvenilir performanslar elde ederken, enerji verimlilikleri , güçleri ve çevrim ömürleri -10 ° C’nin altındaki sıcaklıklarda önemli ölçüde azalma eğilimindedir. Düşük sıcaklıklarda iyi çalışamama, özellikle soğuk iklime sahip bölgelerde kullanımlarını büyük ölçüde sınırladığı için çok önemli bir dezavantajdır. Bu sınırlamanın ana nedeni, -10 ° C’nin altındaki sıcaklıklarda katı elektrolit interfazın (SEI) kararsız hale gelmesi ve pillerdeki anodun dendritik Li kaplaması olarak bilinen şeye yol açmasıdır.

Pennsylvania Eyalet Üniversitesi ve Argonne Ulusal Laboratuarı’ndan bir araştırma ekibi yakın zamanda Li metal piller için bu iyi belgelenmiş dezavantajın üstesinden gelebilecek yeni bir tasarım geliştirdi. Nature Energy’de yayınlanan bir makalede sunulan sonuçtaki pillerin, daha önce geliştirilen Li pillere kıyasla düşük sıcaklıklarda oldukça iyi performans gösterdiği bulunmuştur.

Düşük sıcaklıklarda iyi performans gösteren lityum metal piller

Araştırmacılar makalelerinde, ” Düşük sıcaklık ve yüksek şarj koşullarında yüksek performanslı Li metal piller hakkında rapor veriyoruz .” “Yüksek performans, SEI’nin nanoyapısını ve bileşimini ve Li metal anotlarının birikim morfolojisini düzenleyen akım toplayıcıları üzerinde kendi kendine monte edilmiş elektrokimyasal olarak aktif moleküllerin tek katmanlı bir katmanı kullanılarak elde edilir.”

Başlangıçta, araştırmacılar performanslarını bozan faktörleri daha iyi anlamak için Li metal pilleri düşük sıcaklıklarda yakından incelediler. -15 ° C’de pilin geleneksel bir elektrolitten türetilmiş SEI’sinin oldukça kristalli ve homojen olmadığını gözlemlediler. Bu, lityum florür nanosalts gibi pasif SEI bileşenlerinin oluşumunu büyük ölçüde sınırlar ve zayıf yüzey pasivasyonu, Li korozyonu ve anot üzerinde dendritlerin büyümesi gibi olumsuz özelliklere yol açar.

Anodu korumak için katmanlar eklemek, alternatif elektrolitler kullanmak veya Li konakçıları eklemek, oda sıcaklığında bu etkileri önleyebilir , ancak düşük sıcaklıklarda, SEI nano yapılarını kontrol etmek çok daha zordur ve kararsız pil çalışmasına yol açar. Böylece araştırmacılar, nano ölçekli düzeyde pasif olan bir SEI oluşturmak için bir yaklaşım geliştirdiler ve bu da Li metal anotlarının düşük sıcaklıklarda kararlı çalışmasını sağlayabilir.

Makalelerinde sunulan yaklaşım, bakır akım toplayıcılarının yüzeyine monte edilmiş bir 1,3-benzendisülfonil florür mono tabakası kullanılarak bir Li akü içinde SEI nanoyapısının ve Li çekirdeklenmesinin düzenlenmesini gerektirir. Bu yeni eklenen, elektrokimyasal olarak aktif mono tabaka (EAM), arayüzdeki kimyasal ortamı değiştirerek Li yüzeyinde lityum florür (LiF) çekirdeklerinin oluşumunu tetikler.

Değiştirerek Pili ‘arayüzey kimyasal ortam s, araştırmacılar kişiliklerden tarafından yolu ve elektrolit ayrışma dinamiklerini, tanıtılan yeni tasarım stratejisi hangi gelişmiş pasivasyon nitelikleri ile farklı bir SEI üretimine dönüş potansiyel müşteriyle. Daha spesifik olarak, tek tabaka Cu akım toplayıcıları (yani benzensülfinat) üzerinde, arayüzde düşük bir Li iyon konsantrasyonu olduğunda Li çekirdeklenmesini ve büyümesini yönlendirebilen bir lithiofilik anyon oluşturur.

Düşük sıcaklıklarda, bu tasarım stratejisi, LiF açısından zengin bir iç faz ve şekilsiz bir dış katmandan oluşan çok katmanlı bir SEI oluşumuna yol açar. Bu pasif, çok katmanlı SEI oldukça kristalli ve Li ile karakterize edilir geleneksel Li metali piller gözlenen olmayan pasif olanlar, çok farklı 2 CO 3 düşük sıcaklıklarda -dominant yapı.

Test altında, yeni tasarım stratejisini kullanarak oluşturdukları piller, düşük sıcaklıklarda dikkate değer sonuçlar elde etti . Daha spesifik olarak, yaklaşımları, galvanik Li korozyonunun ve kendi kendine deşarjın başarılı bir şekilde bastırılmasına yol açarak Li’nin -60 ve 45 ° C arasındaki tüm sıcaklıklarda stabil birikmesini sağladı.

Araştırmacılar bir Li | LiCoO 2 mAh cm-2.0 kapasiteli hücre 2 45 dakikalık bir şarj süresi ile, -15 ° C’de 200 devir ömrünü elde edebiliriz kendi yöntemiyle imal edilmiştir. Gelecekte, sundukları tasarım, sıcaklıkların -10 veya -15 ° C’nin altına düştüğü ülkelerde veya coğrafi alanlarda güvenilir bir şekilde çalışabilen yeni enerji tasarruflu lityum pillerin oluşturulmasına yol açabilir.

Avatar

Elektrik Elektronik Mühendisi

Yorum yapmak için tıklayın

Bir yorum yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Daha Fazla Bilgisayar Müh.

En Üst