Qattiq holatdagi batareyalar nima?

Joriy yilning may oyidayoq ko‘plab ommaviy axborot vositalari 6 milliardlik qattiq holatdagi akkumulyator batareyasi loyihasini hayratda qoldirdi.

Shundan so'ng, ba'zi qattiq batareyalar ishlab chiqaruvchi kompaniyalar 2027 yilda barcha qattiq holatda bo'lgan batareyalarni sanoatlashtirishini e'lon qilishdi. Energiya zichligi va aylanish tezligi qanchalik yuqori bo'lishi mumkinligini e'lon qilish uchun turli matbuot anjumanlari o'tkazildi. Ko'pincha ma'lum bir kompaniyaning bitta hujayrasining energiya zichligi 700+Wh/kg ni eshitish mumkin.

Xo'sh, qattiq holatda batareya nima? Bozor hozir qanday darajaga yetdi? Atrofimdagi ko'plab do'stlarim bilan muloqot qilgandan so'ng, qattiq holatdagi batareyalar bilan chalkashtirib yuborish oson bo'lgan birinchi tushuncha yarim qattiq va to'liq qattiq ekanligini aniqladim.

Aytish mumkinki, hozirda bozorda aylanayotgan deyarli barcha qattiq holatdagi batareyalar yarim qattiq batareyalar, ya'ni qattiq suyuqlik aralashmasidir. Biroq, ko'plab qattiq holatdagi batareyalarni qismlarga ajratib bo'lgach, qattiq-suyuqlik deb ataladigan aralashmani aslida ko'rish qiyinligi va suyuq batareyalar holati bilan deyarli bir xil ekanligi aniqlandi. Ba'zi aniq tavsiflar orqali ham, maslahatlarni topish qiyin.

Xitoyning ikkita vakili bor: Qingtao va Veylan. Qingtaoning asosiy tizimi lityum temir fosfat (albatta ular ham uchlik tizimiga ega) va Veylan uchlik bilan ifodalanadi (albatta ularda temir lityum ham bor). Birinchisi, asosan, keramik qoplama texnologiyasi, ikkinchisi esa in-situ davolash texnologiyasi sifatida e'lon qilinadi (e'tibor reklamaga qaratilgan). Aytilishicha, Qingtaoda hozirda aylanmada 380Wh/kg hujayralar mavjud va Weilan hozirda 110Ah quvvatga ega 350Wh/kg hujayralarni sotmoqda.

To'liq qattiq holatdagi batareyalar haqida nima deyish mumkin? Barcha qattiq batareyalar asosan oksidlar, polimerlar va sulfidlarga bo'linadi (albatta, halidlar ham mavjud). Umumiy etakchi kompaniyalarning hozirgi rivojlanish holatidan kelib chiqqan holda, butun texnologiya yo'nalishi sulfiddir. Sulfidli qattiq batareya deb ataladigan narsa, aslida musbat va manfiy elektrod materiallarining elektrolitlar va biriktiruvchi o'tkazuvchan moddalar bilan aralashmasi bo'lib, musbat elektrod hosil qiladi (albatta, quruq va ho'l usullar mavjud), so'ngra elektrolitlar va oz miqdorda birlashtiruvchi plyonka hosil qilish uchun aralashtiriladi (albatta quruq va ho'l usullar mavjud). Agar u nam usul bo'lsa, sulfid tizimi hal qiluvchi tizimga juda sezgir va, albatta, maxsus bog'lovchi talab qilinadi. Nihoyat, musbat va manfiy elektrodlar va elektrolitlar membranasi to'liq qattiq holatdagi akkumulyator xujayrasini hosil qilish uchun qatlam-qatlam yig'iladi. Ushbu jarayonlarning har birida barcha qattiq holatdagi akkumulyatorlarni sanoatlashtirishni bloklaydigan bo'shliq mavjud.

Chalg'itish oson bo'lgan ikkinchi narsa - qattiq holatdagi batareya=yuqori xavfsizlik va yuqori energiya zichligi

Bu ko'pchilik odamlarning, shu jumladan sanoatdagilarning katta tushunmovchiligi. Ularning fikriga ko'ra, barcha qattiq batareyalar yuqori energiya zichligiga ega. Sanoatdan tashqarida bo'lgan ko'plab odamlar ko'pincha "butun qattiq batareyalar chiqqanda suyuqlik bo'lmaydi" deb o'z umidlarini to'liq qattiq batareyalarga bog'laydilar. Aslida, bunday emas. Ushbu mantiqni tushunish uchun biz birinchi navbatda energiya zichligi tushunchasidan boshlashimiz kerak: energiya zichligi=energiya/og'irlik, energiya esa materialning o'zi tomonidan belgilanadi, shuning uchun batareya elementining energiya zichligi moddiy tizim tomonidan aniqlanadi. batareyaning.

Temir-lityum batareyalar hozirda 180Wh / kg ni tashkil qiladi. Uchlik batareyalar ko'plab tizimlarga bo'linganligi sababli, ularning energiya zichligi asosan 240-360 yoki hatto 380 Vt / kg oralig'ida (285 Vt / kg dan ortiq silikon asosli materiallar talab qilinadi). Albatta, lityum kobalt oksidi tizimi asosan 200 dan ortiq energiya zichligi. Endi bozorda ko'plab energiya zichligi propagandasi 450, 500, 600 yoki hatto 700Wh / kg yoki undan ko'proqqa yetdi. Asosan, salbiy elektrod materiali lityum metalldir yoki salbiy elektrod yo'q. Bu energiya zichligining umumiy holati. To'liq qattiq holatdagi batareyalarning ijobiy va salbiy elektrod materiallari suyuq xom ashyolardan ajratilmagan. Shu sababli, barcha qattiq holatdagi akkumulyatorlarning energiya zichligi suyuq batareyalardan yuqori bo'lmaydi.

Har bir inson gapiradigan yuqori qiymat, aslida, barcha qattiq holatdagi batareyalar xavfsizlik muammosini hal qilgandan so'ng, batareya xujayrasining yuqori energiya zichligiga erishish uchun lityum metall salbiy elektrodlardan foydalanishi mumkin degan umidga asoslanadi, ammo bu qiyinchilik muammoni hal qilishdan kam emas. suyuq lityum metall batareyalarning xavfsizligi muammosi. Shuning uchun qattiq holatdagi batareyalarning energiya zichligi past deb aytish mumkin emas. Aksincha, haqiqiy rivojlanish holatidan barcha qattiq holatdagi batareyalarning energiya zichligi past bo'ladi. Birinchisi, yuqori energiyali tizim materiallarini qo'llashdan kelib chiqadi, ikkinchisi - faol moddalar nisbatidan, uchinchisi - elektrolitlar membranasining qalinligidan, to'rtinchisi - hamma pul to'lamaydigan muammodan kelib chiqadi. hozirda katta e’tibor berilmoqda. To'liq qattiq holatdagi batareyalarning ishlashi yuqori bosimli qisqichni talab qiladi. Qisqich haqiqiy foydalanish paytida elektr jihozlarining og'irligini oshiradi va shu bilan batareya xujayrasining energiya zichligi afzalliklarini ma'lum darajada kamaytiradi.

Umuman olganda, barcha qattiq holatdagi batareyalar xavfsizlikni sezilarli darajada yaxshilagan (haqiqiy sinovlar mavjud), ammo yumshoq qadoqlash materiallariga ega bo'lgan sulfidli qattiq holatdagi batareya sifatida sulfidning o'zi katta xavfsizlik xavfi bo'lgan materialdir. Ikkinchidan, to'liq qattiq holatdagi batareyalarning xavfsizligini yaxshilash ham cheklangan. Bu tabiatan xavfsiz emas. Ma'lum darajada, u hali ham batareyaning termal qochib ketishini qo'zg'atishi mumkin.

Yuqorida aytilganlar hozirgi qattiq holatdagi batareyalar, shu jumladan to'liq qattiq holat va yarim qattiq holat haqida nisbatan makroskopik tushunchadir. Albatta, uzoq muddatda barcha qattiq holat hali ham optimistikdir. Mavjud vaziyatdan yuqori energiyali suyuq batareyalarning xavfsizlik muammolarini hal qilish qiyinligi yuqori xavfsiz barcha qattiq holatdagi batareyalarning yangi avlodini ishlab chiqish qiyinligidan past bo'lishi shart emas. Yuqori va quyi oqimdagi sanoat zanjirlarining birgalikdagi sa'y-harakatlari bilan biz mavjud vaziyatdan o'tib, inqilobni amalga oshirishimiz mumkinligiga ishonaman.

Eslatma: Ushbu saytda qayta nashr etilgan maqolalarning aksariyati Internetdan to'plangan. Maqolalarning mualliflik huquqi asl muallifga va asl manbaga tegishli. Maqoladagi fikrlar faqat almashish va muloqot uchun mo'ljallangan. Agar mualliflik huquqi bilan bog'liq muammolar mavjud bo'lsa, iltimos, menga xabar bering va men buni o'z vaqtida hal qilaman.