Hong Kong CityU EES: baytari lithium-ion oo dabacsan oo ay dhiiri galisay kala-goysyada aadanaha

Asalka Cilmi-baarista

Baahida sii kordheysa ee alaabooyinka elektiroonigga ah ayaa kor u qaaday horumarinta degdega ah ee aaladaha kaydinta dabacsanaan iyo tamar-sare ee sanadihii la soo dhaafay. baytariyada lithium ion dabacsanaan (LIBs) oo leh cufnaanta tamar sare iyo waxqabadka korantada ee deggan ayaa loo arkaa tignoolajiyada batteriga ee ugu rajada badan alaabada elegtarooniga ah ee la xidhan karo. In kasta oo isticmaalka elektrodes-ka-filimka-dhuuban iyo electrodes-ku-saleysan ay si weyn u wanaajinayaan dabacsanaanta LIB-yada, waxaa jira dhibaatooyinka soo socda:

(1) Inta badan baytariyada rogrogmi kara waxa lagu ururiyaa "electrode-separator-positive electrode," iyo deformability xaddidan ee u dhexeeya xirmooyinka lakabyada badan ayaa xaddidaya waxqabadka guud ee LIBs;

(2) Xaalado aad u daran, sida laalaab, kala bixin, dabaylo, iyo qallafsanaan adag, ma dammaanad qaadi karto waxqabadka batteriga;

(3) Qayb ka mid ah istiraatijiyadda naqshadeynta ayaa iska indhatiraysa qallafsanaanta biraha ururiyaha hadda jira.

Sidaa darteed, isla mar ahaantaana gaarista xagasha qaloocinta yar, habab badan oo qalloocan, adkaysiga farsamada sare, iyo cufnaanta tamarta sare ayaa wali wajaheysa caqabado badan.

Hordhac

Dhowaan, Professor Chunyi Zhi iyo Dr. Cuiping Han oo ka tirsan Jaamacadda Magaalada Hong Kong ayaa daabacay warqad cinwaankeedu yahay "Naqshadaynta qaabdhismeedka wadajirka ah ee bini'aadamka ee loogu talagalay baytari la laaban karo/laabi karo/fidi karo/maroojin karo: gaaritaanka deformability badan" ee deegaanka Tamarta. Sci. Shaqadan waxaa dhiirigeliyay qaab-dhismeedka kala-goysyada bini'aadamka waxayna naqshadeeyeen nooc ka mid ah LIBs dabacsan oo la mid ah nidaamka wadajirka ah. Iyada oo ku saleysan naqshaddan cusub, baytariga la diyaariyey, ee dabacsan wuxuu gaari karaa cufnaanta tamar sare oo la foorarsado ama xitaa laalaado 180 °. Isla mar ahaantaana, qaab dhismeedka qaabdhismeedka waxaa lagu bedeli karaa habab kala duwan oo dabaysha si LIB-yada dabacsani ay u yeeshaan awoodo qallafsanaan qani ah, waxaa lagu dabaqi karaa qallafsanaan aad u daran oo adag (dabaylo iyo qalloocin), xitaa waa la kala bixin karaa, awoodooda qalloocana waa aad uga fog warbixinadii hore ee LIBs dabacsan. Falanqaynta jilitaanka curiyaha dhammaatay ayaa xaqiijisay in baytariga lagu naqshadeeyay warqadan uusan ku dhici doonin qallooca balaastiga ah ee aan la bedeli karin ee biraha ururiyaha hadda jira ee kala duwan oo qallafsan oo adag. Isla mar ahaantaana, baytariga unugga labajibaaran ee la soo ururiyey wuxuu gaari karaa cufnaanta tamarta ilaa 371.9 Wh/L, taas oo ah 92.9% batteriga jilicsan ee dhaqanka. Intaa waxaa dheer, waxay ilaalin kartaa waxqabadka wareegga xasilloon xitaa ka dib in ka badan 200,000 oo jeer oo foorarsi firfircoon ah iyo 25,000 oo jeer oo qalloocan firfircoon.

Cilmi-baaris dheeraad ah ayaa muujinaysa in unugga unugga cylindrical-ka ee la soo ururiyey uu u adkeysan karo qallafsanaan aad u daran oo adag. Ka dib in ka badan 100,000 kala bixin firfircoon, 20,000 maroojin, iyo 100,000 qaloocsanaan, wali waxay gaari kartaa awood sare oo ka badan 88% -heerka sii hayn. Sidaa darteed, LIBs-da dabacsan ee lagu soo jeediyay warqaddan waxay siinaysaa rajo weyn oo ku saabsan codsiyada la taaban karo ee qalabka elegtarooniga ah ee la xidhan karo.

Muhiimadda cilmi baarista

1) LIB-yada dabacsan, oo ay dhiirigeliyaan kala-goysyada bini'aadamka, waxay ilaalin karaan waxqabadka wareegga xasilloon ee qallooca, qalloocinta, kala-bixinta, iyo qallooca;

(2) Iyada oo leh baytari jilicsan oo labajibbaaran, waxay gaari kartaa cufnaanta tamarta ilaa 371.9 Wh / L, taas oo ah 92.9% batteriga jilicsan ee dhaqameed;

(3) Hababka dabaysha ee kala duwan ayaa bedeli kara qaabka xidhmada batteriga waxayna siin karaan batteriga qallafsanaan ku filan.

Hagaha sawirka

Cilmi baaris ayaa muujisay in, marka lagu daro hubinta cufnaanta tamarta mugga sare iyo qallafsanaanta kakan, naqshadeynta qaabdhismeedku waa inay sidoo kale ka fogaato qallafsanaanta caaga ah ee ururiyaha hadda jira. Jilitaanka curiyaha xaddidan wuxuu muujinayaa in habka ugu wanaagsan ee ururiyaha hadda jira uu yahay inuu ka ilaaliyo ururiyaha hadda inuu yeesho radius yar oo foorarsan inta lagu jiro habka foorarsiga si looga fogaado qallafsanaanta caaga ah iyo dhaawaca aan dib loo celin karin ee ururiyaha hadda jira.

Jaantuska 1a wuxuu muujinayaa qaab dhismeedka kala-goysyada bini'aadamka, kaas oo naqshadaynta dusha sare ee xariifnimada leh ee weyni ay ka caawiso kala-goysyada inay si habsami leh u wareegaan. Iyada oo taas ku saleysan, Jaantuska 1b wuxuu muujinayaa garaafyada caadiga ah anode/diaphragm/lithium cobaltate (LCO) anode, kaas oo lagu dhaawaci karo qaab dhismeed qaro weyn oo labajibbaaran. Marka la eego isgoyska, waxay ka kooban tahay laba xidhmo oo adag oo adag iyo qayb dabacsan. Waxa ka sii muhiimsan, xidhmada qaro weyn waxay leedahay dusha qalloocan oo u dhiganta daboolka lafaha wadajirka ah, kaas oo ka caawiya cadaadiska bakhtiya oo bixiya awoodda aasaasiga ah ee baytariga dabacsan. Qaybta laastikada waxay u shaqeysaa sidii seedo, isku xirta xirmooyinka dhumucda leh oo bixisa dabacsanaan (Jaantus 1c). Marka laga soo tago dabaylaha galay raso labajibbaaran, baytariyada leh unugyo cylindrical ama saddex xagal ah ayaa sidoo kale la soo saari karaa iyadoo la beddelo habka dabaysha (Jaantuska 1d). LIB-yada dabacsan ee leh unug kaydinta tamarta labajibbaaran, qaybaha isku xidhan ayaa isku rogi doona dusha sare ee qaabaysan ee xidhmada qaro weyn inta lagu jiro habka foorarsiga (Jaantuska 1e), taas oo si weyn u kordhinaysa cufnaanta tamarta batteriga dabacsan. Intaa waxaa dheer, iyada oo loo marayo koofiyadaha laastikada ah ee polymer-ka, LIB-yada dabacsan ee leh cutubyada cylindrical waxay gaari karaan sifooyin fidsan oo dabacsan (Jaantus 1f).

Jaantuska 1 (a) Naqshadeynta isku xirka seedaha gaarka ah iyo dusha qaloocan ayaa lagama maarmaan u ah in la gaaro dabacsanaan; (b) Jaantuska qaabdhismeedka batteriga dabacsan iyo habka wax soo saarka; (c) lafta waxay u dhigantaa xidhmooyin koronto oo dhumuc weyn leh, seedu waxay u dhigantaa kuwa aan duubnayn (D) Qaab dhismeedka baytari dabacsan oo leh unugyo cylindrical iyo saddex xagal ah; (e) Isku dhejinta jaantuska jaantuska unugyada labajibbaaran; (f) Qallafsanaanta unugyada cylindricalka.

Isticmaalka dheeraadka ah ee falanqaynta jilitaanka farsamada ayaa xaqiijisay xasilloonida qaab dhismeedka batteriga dabacsan. Jaantuska 2a waxa uu muujinayaa qaybinta culayska naxaasta iyo bireedyada aluminiumka marka la geliyo dhululubo (180° radian). Natiijooyinku waxay muujinayaan in diiqada naxaasta iyo aluminiumku ay aad uga hooseeyaan xooggooda wax-soo-saarka, taas oo muujinaysa in qallafsanaantani aanay sababi doonin qallafsanaan caag ah. Biraha ururiyaha hadda jira wuxuu ka fogaan karaa burbur aan la soo celin karin.

Jaantuska 2b wuxuu muujinayaa qaybinta walbahaarka marka heerka foorarsiga la sii kordhiyo, iyo walbahaarka foornada naxaasta iyo aluminiumku waxay sidoo kale ka yar tahay awoodooda dhalidda. Sidaa darteed, qaab-dhismeedku wuxuu u adkeysan karaa qallafsanaanta laalaabka iyadoo la ilaalinayo cimri dhererka wanaagsan. Marka lagu daro qalloocinta qallooca, nidaamku wuxuu gaari karaa heer gaar ah oo qalloocan (Jaantus 2c).

Batariyada leh unugyo cylindrical, sababo la xiriira sifooyin ka mid ah goobada, waxay gaari kartaa qallafsanaan aad u daran oo adag. Sidaa darteed, marka batterigu la duubo 180o (Jaantus 2d, e), oo ku fidsan ilaa 140% dhererka asalka ah (Jaantus 2f), oo loo leexiyo 90o (Jaantus 2g), waxay ilaalin kartaa xasilloonida farsamada. Intaa waxaa dheer, marka qallooca + qallooca iyo qallooca dabaysha si gaar ah loo mariyo, qaab dhismeedka LIBs ma keenayo qallooca balaastiga ah ee aan la beddeli karin ee biraha ururiyaha hadda jira ee kala duwan oo qalloocan oo adag.

Jaantuska 2 (ac) Natiijooyinka jilitaanka walxaha dhamaadka ee unug labajibbaaran oo ka hooseeya foorarsiga, laalaabida, iyo leexinta; (di) Natiijooyinka jilitaanka curiyaha dhammaatay ee unugga cylindrical ee ka hooseeya foorarsiga, laalaabida, kala bixista, qalloocinta, foorarsiga + leexinta iyo dabaylaha.

Si loo qiimeeyo waxqabadka korantada kiimikaad ee batteriga dabacsan ee nashqadeeyay, LiCoO2 waxaa loo adeegsaday sidii walxaha cathode si loo tijaabiyo awoodda dheecaanka iyo xasilloonida wareegga. Sida ku cad Jaantuska 3a, awoodda dheecaanka ee batteriga leh unugyo labajibbaaran si weyn looma dhimin ka dib markii diyaaradda la qaabeeyey in la leexiyo, giraanta, laalaabka, iyo qalloocin at 1 C weyneynta, taas oo macnaheedu yahay in qallafsanaanta farsamada aysan keeni doonin naqshadeynta baytariga dabacsan si uu u noqdo kiimikaad ahaan wax qabadku hoos buu u dhacayaa. Xitaa ka dib qaloocin firfircoon (Jaantus 3c, d) iyo torsion firfircoon (Jaantus 3e, f), iyo ka dib markii tiro cayiman oo wareeg ah, dallacaadda iyo daadinta madal iyo waxqabadka wareegga dheer ma laha isbedel muuqda, taas oo macnaheedu yahay in qaab-dhismeedka gudaha batteriga si fiican ayaa loo ilaaliyaa.

Jaantuska 3 (a) Ku dallacaadda iyo bixinta tijaabada batari unug labajibbaaran oo ka hooseeya 1C; (b) Dallacaadda iyo sii daynta qalooca hoos yimaada xaalado kala duwan; (c, d) Marka la eego qalooca firfircoon, waxqabadka wareegga batteriga iyo dallacaadda u dhiganta iyo qalooca dareeraha; (e, f) Marka la eego torsion firfircoon, waxqabadka wareegga batteriga iyo qalooca lacag-bixinta ee u dhigma ee wareegyo kala duwan hoos yimaada.

Natiijooyinka falanqaynta jilitaanka ayaa muujinaya in iyada oo ay ugu wacan tahay sifooyinka ku jira goobada, LIB-yada dabacsan ee leh curiyeyaasha cylindrical ay u adkeysan karaan qallafsanaan aad u daran oo adag. Sidaa darteed, si loo muujiyo waxqabadka korantada ee LIB-yada dabacsan ee cutubka cylindrical, tijaabada ayaa lagu sameeyay heerka 1 C, taas oo muujisay in marka batteriga uu galo cillado kala duwan, ma jiraan wax isbeddel ah oo ku yimaada waxqabadka korantada. Qallafsanaantu ma keeni doonto qalooca danabku inuu beddelo (Jaantuska 4a, b).

Si loo sii qiimeeyo batteriga cylindrical ee xasiloonida elektiroonigga ah iyo cimri dhererka farsamada, waxa ay batteriga ku ridday tijaabin culays iswada leh oo fir fircoon oo ah heerka 1 C. Cilmi-baadhistu waxay muujinaysaa in ka dib kala-bax firfircoon (Jaantus 4c, d), torsion firfircoon (Jaantus 4e, f) , iyo foorarsi firfircoon + torsion (Jaantuska 4g, h), waxqabadka wareegga lacag bixinta batteriga iyo qalooca korantada ee u dhigma ma saameeyaan. Jaantuska 4i wuxuu muujinayaa waxqabadka batari leh unug kaydinta tamarta midab leh. Awoodda sii dayntu waxay ka qudhuntaa 133.3 mAm g-1 ilaa 129.9 mAh g-1, luminta awoodda wareegga waa 0.04% oo keliya, taas oo muujinaysa in cilladu aanay saameyn doonin xasilloonida wareegga iyo awoodda dheecaanka.

Jaantus 4 (a) Imtixaanka wareegtada lacag bixinta iyo sii daynta ee qaababka kala duwan ee unugyada cylindrical ee 1 C; (b) Ku dallacaadda iyo soo daynta batteriga ee u dhiganta xaaladaha kala duwan; (c, d) Waxqabadka wareegga iyo dallaca batteriga ee ku hoos jira xiisadda kacsan Qalooca soo daynta; (e, f) waxqabadka meertada batteriga ee ka hooseeya torsion firfircoon iyo qalooca lacag bixinta ee u dhigma ee wareegyo kala duwan hoos yimaada; (g, h) waxqabadka meertada batteriga ee ka hooseeya foorarsi firfircoon + torsion iyo qalooca lacag bixinta ee u dhigma ee wareegyada kala duwan; (I) Ku dallacaadda iyo soo saarista tijaabada baytariyada unugga prismatic-ka ee leh habayn kala duwan 1C.

Si loo qiimeeyo adeegsiga batteriga dabacsan ee la sameeyay ficil ahaan, qoraagu wuxuu isticmaalaa baytari buuxa oo leh noocyo kala duwan oo unug kayd tamareed ah si uu u xoojiyo qaar ka mid ah alaabada elektiroonigga ah ee ganacsiga, sida taleefoonnada dhegaha la gashado, saacadaha smart, marawaxadaha koronto yar yar, agabka qurxinta, iyo taleefannada casriga ah. Labaduba way ku filan yihiin isticmaalka maalinlaha ah, waxay si buuxda u muujinayaan awoodda codsiga ee alaabada elektarooniga ah ee dabacsan oo xiran.

Jaantuska 5 waxa uu quseeyaa baytariga nashqadeeyay taleefoonnada dhegaha la gashado, saacada smartwatches, taageere koronto yar-yar, qalabka qurxinta, iyo taleefannada casriga ah. Baytariga dabacsani waxa uu siiya awooda (a) sameecada dhegaha, (b) smartwatch, iyo (c) taageere koronto yar-yar; (d) Waxay siisaa awoodda qalabka qurxinta; (e) Iyadoo ay jiraan xaalado qallafsanaan oo kala duwan, baytariga dabacsan ayaa awood u siiya taleefannada casriga ah.

Soo koobid iyo aragti

Marka la soo koobo, maqaalkan waxaa dhiirigeliyay qaabka xubnaha aadanaha. Waxay soo jeedinaysaa hab nakhshad gaar ah oo loogu talagalay soo saarista batari dabacsan oo leh cufnaanta tamar sare, qallafsanaan badan, iyo adkeysi. Marka la barbar dhigo LIB-yada dhaqameed ee dabacsan, nashqadan cusub waxay si wax ku ool ah uga fogaan kartaa qallafsanaanta caagga ah ee ururiyaha birta ah ee hadda jira. Isla mar ahaantaana, sagxadaha qalloocan ee lagu hayo labada daraf ee unugga kaydinta tamarta ee loogu talagalay warqadan waxay si wax ku ool ah u yareyn kartaa walbahaarka maxalliga ah ee qaybaha isku xiran. Intaa waxaa dheer, hababka dabaysha ee kala duwan ayaa bedeli kara qaabka xirmada, taasoo siinaysa batteriga deformability ku filan. Baytariga dabacsani waxa uu soo bandhigaa degenaansho heersare ah iyo adkaysi farsamo oo ay ugu wacan tahay naqshada cusub oo uu leeyahay rajooyin codsi oo balaadhan oo kala duwan oo dabacsanaan iyo qalab elektaroonig ah.

Xiriirinta suugaanta

Naqshadaynta qaabdhismeedka wadajirka ah ee bini'aadamka ee loogu talagalay baytariga la laaban karo/laabi karo/fidi karo/maroojin karo: gaaritaanka qallafsanaan badan. (Deegaanka Tamarta. Sci., 2021, DOI: 10.1039/D1EE00480H)