Уз брз развој електричних возила широм света, величина тржишта електричних возила је достигла 1 билион долара у 2020. и наставиће да расте по стопи од више од 20% годишње у будућности.Због тога ће електрична возила као главни начин превоза, захтјеви за перформансама батерија за напајање бити све виши, а не треба занемарити утицај пропадања батерије на перформансе батерије у окружењима са ниским температурама.Главни разлози за распадање батерије у окружењима са ниским температурама су: Прво, ниска температура утиче на мали унутрашњи отпор батерије, подручје топлотне дифузије је велико, а унутрашњи отпор батерије се повећава.Друго, батерија унутар и изван капацитета преноса пуњења је лоша, деформација батерије ће се појавити када дође до локалне неповратне поларизације.Треће, ниска температура кретања молекула електролита је спора и тешко се дифундује у времену када температура расте.Због тога је пропадање батерије на ниским температурама озбиљно, што доводи до озбиљног погоршања перформанси батерије.
1、Статус технологије батерија ниске температуре
Технички и материјални захтеви за перформансе литијум-јонских батерија припремљених на ниским температурама су високи.Озбиљна деградација перформанси литијум-јонске батерије у окружењу са ниским температурама је последица повећања унутрашњег отпора, што доводи до потешкоћа у дифузији електролита и скраћеног животног века ћелијског циклуса.Због тога је истраживање технологије батерија на ниским температурама постигло одређени напредак последњих година.Традиционалне високотемпературне литијум-јонске батерије имају лоше перформансе при високим температурама, а њихове перформансе су и даље нестабилне у условима ниске температуре;велика запремина ћелија са ниском температуром, мали капацитет и лоше перформансе циклуса на ниским температурама;поларизација је знатно јача на ниској него на високој температури;повећана вискозност електролита на ниској температури доводи до смањења броја циклуса пуњења/пражњења;смањена сигурност ћелија и смањен век трајања батерије на ниској температури;и смањене перформансе у употреби на ниским температурама.Поред тога, кратак животни век батерије на ниским температурама и безбедносни ризици ћелија са ниском температуром поставили су нове захтеве за безбедност електричних батерија.Стога је развој стабилних, безбедних, поузданих и дуговечних материјала за батерије за нискотемпературна окружења у фокусу истраживања нискотемпературних литијум-јонских батерија.Тренутно постоји неколико материјала за литијум-јонске батерије са ниском температуром: (1) литијум метални анодни материјали: литијум метал се широко користи у електричним возилима због своје високе хемијске стабилности, високе електричне проводљивости и перформанси пуњења и пражњења при ниским температурама;(2) угљенични анодни материјали се широко користе у електричним возилима због своје добре отпорности на топлоту, перформанси циклуса на ниским температурама, ниске електричне проводљивости и животног века циклуса на ниским температурама на ниским температурама;(3) угљенични анодни материјали се широко користе у електричним возилима због њихове добре отпорности на топлоту, перформанси циклуса на ниским температурама, ниске електричне проводљивости и животног века циклуса на ниским температурама.ин;(3) органски електролити имају добре перформансе на ниским температурама;(4) полимерни електролити: ланци молекула полимера су релативно кратки и имају висок афинитет;(5) неоргански материјали: неоргански полимери имају добре параметре перформанси (проводљивост) и добру компатибилност између активности електролита;(6) металних оксида је мање;(7) неоргански материјали: неоргански полимери итд.
2、Утицај окружења ниске температуре на литијумску батерију
Животни век литијумских батерија зависи углавном од процеса пражњења, док је ниска температура фактор који има већи утицај на век трајања литијумских производа.Обично, у окружењу ниске температуре, површина батерије ће проћи кроз фазну промену, узрокујући оштећење површинске структуре, праћено смањењем капацитета и капацитета ћелије.У условима високе температуре, у ћелији се ствара гас, који ће убрзати термичку дифузију;под ниском температуром, гас се не може испразнити на време, убрзавајући фазну промену течности батерије;што је температура нижа, то се више гаса ствара и спорија је промена фазе течности батерије.Због тога је унутрашња промена материјала батерије драстичнија и сложенија под ниском температуром, и лакше је генерисати гасове и чврсте материје унутар материјала батерије;у исто време, ниска температура ће довести до низа деструктивних реакција као што је неповратан прекид хемијске везе на граници између материјала катоде и електролита;то ће такође довести до смањења самосастављања електролита и трајања циклуса;способност преноса наелектрисања литијум јона на електролит ће бити смањена;процес пуњења и пражњења ће изазвати низ ланчаних реакција као што је феномен поларизације током преноса пуњења литијум јона, пропадање капацитета батерије и унутрашње ослобађање стреса, што утиче на животни век циклуса и густину енергије литијум јонских батерија и друге функције.Што је температура нижа на ниској температури, то су интензивније и сложеније различите деструктивне реакције као што су редокс реакција на површини батерије, термичка дифузија, промена фазе унутар ћелије, па чак и потпуно уништење, заузврат ће покренути низ ланчаних реакција као што је електролит. самостално склапање, што је спорија брзина реакције, то је озбиљнији пад капацитета батерије и лошија је способност миграције литијум јона на високој температури.
3、 Ниска температура на напретку перспектива истраживања технологије литијумских батерија
У окружењу са ниским температурама, то ће утицати на безбедност, животни век и стабилност ћелије батерије, а утицај ниске температуре на животни век литијумских батерија се не може занемарити.Тренутно, истраживање и развој технологије батерија за ниске температуре помоћу дијафрагме, електролита, материјала позитивних и негативних електрода и других метода су постигле одређени напредак.У будућности, развој технологије нискотемпературних литијумских батерија треба побољшати са следећих аспеката: (1) развој система материјала литијумских батерија са високом густином енергије, дугим животним веком, малим слабљењем, малом величином и ниском ценом на ниским температурама ;(2) континуирано побољшање контроле унутрашњег отпора батерије кроз конструкцијски дизајн и технологију припреме материјала;(3) у развоју система литијумских батерија великог капацитета, ниске цене, треба обратити пажњу на адитиве електролита, литијум јона и интерфејс аноде и катоде и унутрашњег активног материјала и других кључних фактора који утичу;(4) побољшати перформансе циклуса батерије (специфична енергија пуњења и пражњења), термичку стабилност батерије у окружењу ниске температуре, сигурност литијумских батерија у окружењу ниске температуре и други правац развоја технологије батерија;(5) развити системске системске системе за напајање са високим трошковима и ниским трошковима у условима ниске температуре;(6) развијати производе за батерије на ниским температурама и промовисати њихову примену;( 7) развити материјале за батерије и технологију уређаја високих перформанси отпорних на ниске температуре.
Наравно, поред горе наведених истраживачких праваца, постоји и много истраживачких праваца за даље побољшање перформанси батерије у условима ниске температуре, побољшање густине енергије батерија на ниским температурама, смањење деградације батерије у окружењима са ниским температурама, продужење трајања батерије и друга истраживања напредак;али важније питање је како постићи високе перформансе, високу сигурност, ниску цену, велики домет, дуг животни век и ниску цену комерцијализација батерија у условима ниске температуре је актуелна. Истраживање треба да се фокусира на пробијање и решавање проблема.
Време поста: 22.11.2022