Kasi Desitiwenti yasonosono apa?
Kasi magesi ghakuchita wuli para ghaŵikika pa malo ghanyake, ndipo chifukwa wuli ivi vikukhwaska wuli pa chilichose kufuma pa .mabatire gha lithiamu ghakubwezereskamu mafoni ghamakono ku mafakitale gha mafakitale? Kuchuluka kwa sonosono apa kukuzgora fumbo lakuzirwa comene mwa kupenda unandi wa magesi agho ghakujumpha mu unit cross - sectional malo gha chinthu. Fundo yakuzirwa iyi yikupangiska usange mabatire gha litium ghakulipira makora panji kunanga mwaluŵiro, usange semiconductor yikugwira ntchito makora panji yikutondeka mwaluŵiro panji yikutondeka, ndiposo usange ndondomeko ya magesi yikulutilira mwakuyana panji yikupanga viheni. Kupulikiska unandi wa vinthu ivyo vikuchitika sonosono apa kukupangiska kuti ŵantchito ŵaŵe na mwaŵi wa kuchita makora, kumanyiska umo vinthu vikuŵira, na ndondomeko ya kupanga vinthu ivyo vikupangiska kuti magesi ghaŵe na nkhongono zakupelekera nkhongono na vyakukanizga vya chivikiliro.
Mtengo Wakuzirwa Wa Kupulikiska Kulimbana na Ŵanthu Ŵakufwa
Kuchuluka kwa sonosono apa kukuyimira kugaŵika kwa malo gha magesi mukati mwa conductor panji electrode, ghakupimika mu amperes pa square mita (A / m2) panji amperes pa square quarimeter (A / cm2). Kupambana na nkhongono zose, iyo yikuyowoya waka umo mtengo ukujumpha mu ndondomeko, mtundu wa sono ukuvumbura uko na umo mtengo uwo ukujumpha mu mtanda wa vinthu -} section.
Fundo iyi yikafuma ku ma equation gha Maxwell mu ma electromagnetism ghakumanyikwa, apo James Clerk Maxwell wakazomerezga ubwezi pakati pa minda ya magesi na kwenda kwa sonosono mu 1861. Lero, unandi wa sono ukuyimilira nga ni chimoza mwa vigaŵa vitatu vya uinjiniya wa magesi, pamoza na magesi na kukana, kupanga fawundeshoni ya kusanda vinthu vyakuchitika.
Chifukwa wuli unandi wa vinthu ivyo vikuchitika sonosono apa ukukhumbikwa chomene kuluska sono:Batiri yakulipiliska 2 ampere yikuwoneka kuti njakwenelera mpaka apo mumanye kuti sono yikuŵika pa 0.5 cm2 electrode, kupanga mtundu wa 4 A / cm2-wetwero pachanya pa 2 A / cm2 threshold apo lithiamu plat ukuchitika mwaluŵiro pa graphite anoods mu mabatire gha lithiamu. Kupambana uku pakati pa unandi wa mtundu wa mtundu na mtundu wa sonosono apa kukupangiska usange batire la magesi ghinu likukhala na 1,000 malipiro panji kutondeka pa 300.
Malinga na kafukufuku wa Dipatimenti ya Materaliss Science iyo yikasindikizgika mu 2024, kusintha kwa unandi wa ŵanthu awo ŵali pa msinkhu wa sono kuluska 25% pa malo gha magesi ghakuchepeska lithiamu -ion batire umoyo wa batire na 40% pakuyaniska na kugaŵika kwakuyana waka. Kafukufuku uyu wakasanda maselo gha mabatire 844 gha malonda ndipo wakasanga kuti awo ŵakupanga vinthu ŵakukwaniska kufanana kwa nyengo yasono mukati mwa 10% ŵakalongora kuti ŵakukhala pa msinkhu wakujumpha 2,000 nyengo zose zakufumiskika.
Vinthu vitatu vikupangiska kuti ŵanthu ŵanandi ŵaŵe ŵakukhumbikwa chomene pa ndondomeko ya magesi ya mazuŵa ghano:
1. Kusuzgika maghanoghano::Kuŵapo kwa ŵanthu ŵanandi kukupangiska kuti paŵe kutentha kwa malo, kusuzgika kwa makina, na kunangika kwaluŵiro. Kafukufuku wakufuma ku labu ya Stanford University (2024) wakulongora kuti nkhongono za sonosono izo zili pachanya pa 5 mA / cm2 pa lithiamu zitsulo za anodes zikupangiska kuti paŵe dendrite ya dendrite, iyo yingapangiska kuti paŵe vigaŵa vyakupatulika vya mabatire na kupangiska kuti maji ghaleke kugwira ntchito.
2. Kulaŵilira kwakuchitika:Ivyo vikuchitika pa electrochemical vikuchitika pa malo gha electrode apo density ya sono yikukhwaska chomene viŵelengero vya vyakuchitika. Butler {{11} Volmer equation, chomenechomene ku electrochemistry, yikulongora kuti density ya sono yikukhwaskana chomene na popotential - kung'anamura kuwonjezeka kuchoko mu kukhumba kwa sono kwakukhumbikwa kwa mtundu wa sono.
3. Kunozga vya chuma:Mu mafakitale gha mafakitale, kuwonjezera kwakuchuluka kwa 50% kungapangika kaŵiri, kweni kuluska mtengo wakwenelera kukupangiska kuti paŵe viheni ivyo vikukhumbikwira kuti viŵe vyakudura. Kusanda kwa 2023 na National Institute of Standards na Technology kukasanga kuti ntchito za magesi izo zikusunga vigaŵa vyasonosono mukati mwa ŵakupanga - specified rounds zikuchepeska chiŵelengero cha kupereŵera kufuma pa 8.2% kufika pa 1.3%.
Mapilasi ghatatu gha Kukongora kwasonosono
Kuchuluka kwa sonosono kukukhazikika pa vigaŵa vitatu vya fawundeshoni ivyo vikusazgapo ng’anamuro lake la masamu, ng’anamuro la thupi, na kugwiriskira ncito kwakucitika.
Pillar Wakwamba: Usambazi wa Vevalo na Kulongozga
Kuchuluka kwasono ni munda wa vector, kung’anamura kuti uli na kukura na ulongozgi pa nyengo yiliyose mu mlengalenga. VectorJmfundo mu nthowa ya kusefukira kwa katundu, ndipo ukuru ukuyimira sonosono apa pa malo gha unit ghakuyana na nthowa iyo.
J = I / A
Nkhu:
J= vector ya sono (A / m2)
I {{0} yakukwana sono (A)
A=- Chigaŵa (m2)
Chilengedwe ichi cha vector chikuŵa chakukhumbikwa chomene pa ma geometries ghakusuzga. Taŵanaŵaniyani waya wa silinda wakunyamura 5 amperes na 2 mm diameter. Magnitude ya sono yikuyana:
J=5 A / (π × 0.0012 m2) {{2},592,000 A / m2 ≈ 159 A / cm2
Pakuyaniska, waya wakumanyikwa wa mkuŵa wakugwira ntchito pa 1-3 A / cm2, apo ŵa superconductors ŵangakwaniska kugwira ntchito za sono kuluska 100,000 A / cm2 pambere ŵandataye katundu wawo wa zero-resistance.
Pillar Yachiŵiri: Uwemi wa Kunyamura Matenda
Pa msinkhu wa microscopic, unandi wa sono ukukhwaskana na unandi na liwiro la ŵanyamura ŵa charge (ma electron mu vitsulo, ma ayoni mu electrolytes):
J = n × q × v
Nkhu:
n=mtengo wakunyamura (kunyamura / m3)
q {{0} mtengo uliwose pa carrier (C)
v= veloctity velocity vector (m / s)
Equation iyi yikulongora chifukwa icho vinthu vyakupambanapambana vikuchitira vinthu mwakupambanapambana. Mkuwa uli na pafupifupi 8.5 × 102⁄2’uwanangwa ma electron pa mita yiliyose ya cubic, ndipo ukupangiska kuti paŵe vigaŵa vinandi vya sono na msinkhu wakucepa wakucepa. Mwakupambana, electrolytes mu mabatire ghali na ion ions pafupifupi 102⁄2m3, kukhumba kuti viteŵetero vyapachanya vifike kuti vifiske vigaŵa vyakuyana waka vya sonosono - chimoza chifukwa ionic kukana kukujumpha kukana kwa magesi mu ndondomeko za mabatire.
2024 kusambira na Argonne National Laboratory wakapimika na lithium -ion mabatire gha mabatire ndipo wakasanga kuti pa 1 mA / cm2 porect density, lithiamu ions yikwenda pafupifupi 0.3 μm / s, apo ma electron mu mkuwa wakusonkheska sono ghakwenda pa 0.002 mm / s- six oda mwaluŵiro nangauli wakunyamura mtundu umoza wa sono density kwizira mu vyakupharazga vyawo.
Pillar Watatu: Kulumikizana kwa ndondomeko
Kuchuluka kwasono kukukolerana chomene na magesi ghakuchitiska magesi kwizira mu dango la Ohm mu mtundu wake wa chigaŵa:
J = σ × E
Nkhu:
σ {{{llit}} nkhongono ya magesi (S / m)
E= vector ya magesi (V/m)
Ubale uwu ukulongosora chifukwa icho vinthu na vinthu vinyake vikukhumbikwira kuti viŵe na magesi ghakukhora chomene kuti viŵe na nkhongono zasono. Pakuti mkuwa (σ ≈ 5.96 × 10⁷ S / m), kusunga 100 A / cm2 kukukhumba munda wa magesi wa 1.68 V / m pera. Pakuti silicon (£ ≈ 1.56 × 10⁻3 S / m), kufiska mtundu umoza wa mtundu ukukhumba munda wa magesi wa 641,000 V / m -} kulongosora chifukwa icho vipangizo vya semiconductor vikugwilira ntchito pa magesi ghapachanya chomene pakuyaniska na vigaŵa vyawo vyakuwoneka.
Mpingo 1: Kufika kwa Masamu Kujumpha
Vigaŵa vyakuzomerezgeka na vyakudumbiskana
Kuchuluka kwa sonosono kukugwira ntchito mu vigaŵa vyakupambanapambana mwakuyana na malo ghakugwiriskira ntchito:
SI unit yakwamba:A/m2 (appere pa mita ya square)Chigaŵa cha uinjiniya cha ŵanthu wose:A/cm2 (1 A/cm2=10,000 A / m2)Gulu la electrochemistry:mA/cm2 (1 mA/cm2=10 A/m2)Ŵasilikari ŵa microelectronics:A / mm2 (1 A/mm2=1,000,000 A / m2)
Chiyelezgero cha kusintha kwa mapulogalamu gha batiri: Lithiamu-} batire likulongosora mtengo ukuru wa mtengo wa 2C pa 3000 mAh nkhongono na 25 cm2 electrode malo.
Pasono= 3000 mAh × 2=6000 mA=6 Kuchuluka kwasonosono=6 A / 25 cm222222222222222222222 A / cm2=240 mA / cm2
Iyi 240 m/cm2 mtengo wakhala mukati mwa 100-300 mA / cm2 mtundu uwo ŵakupanga mabatire ŵakulongosora chomene pa ndondomeko zakulipira mwaluŵiro, kulinganiska mtengo wa mtengo wa magesi pa kuwonongeka kwa electrode.
Kusuzga Kwakukhozga Kwakukhozga
Mapulogalamu ghakupambanapambana ghakulongosora vigaŵa vya sonosono apa apo vinthu vyakuwoneka vikusintha mwakwenelera:
Lithium kuŵika mzere mu vithuzithuzi vya graphite:1.5{{{{{{{]} 2.5 mA/cm2 (yikupambana na kutentha na kupanga electrolyte). Pamwamba pa mzere uwu, vitsulo vya litium pa malo gha anode m’malo mwa kuphatikizga mu graphite, kupanga ngozi za chivikiliro. Tesla’s 2024 pepala la kafukufuku wa kafukufuku kuti kusunga mtengo wa magesi pasi pa 1.8 mA / cm2 pa 20℃kukuwuskapo lithium iyo yikuwoneka kuti yikuŵikika pa 1,500 kupindika mwaluŵiro.
Superconductor wakukhumbikwa chomene sono:Vinthu vyakupambanapambana na vinthu; kwa YBCO (Ytrium Barium Copper Oxide) pa 77K: pafupifupi 1-5 MA / cm2 (masayilo gha mamiliyoni pa square quarimeter). Kupatulapo mtengo uwu kukutimbanizga Cooper pairs na kuparanya mtundu wa superconducting.
Kugwira ntchito kwa magesi:Pakuti maji ghakugwiriskira ncito ma electrolysis gha platinum, vigaŵa vya sonosono apa pakati pa 200-500 mA / cm2 vikupangiska kuti hydrogen yiŵe yakunozga pa 70-80%. Pansi pa 200 m/cm2, electrode yakujumphizga yikulamulira kutayika; pachanya pa 500 m/cm2, ohmic kukana mu electrolyte kukuzgoka chinthu chakukanizga.
Nthowa yakuŵerengera ya Maji Ghakusuzga
Real{{0} dziko la madzi kudziŵika mwamabuchibuchi ma geometries ngapusu. Injiniya yikugwiriskira ncito nthowa zinandi kuti yikwaniske vinthu vyakusuzga:
Nthowa 1: Kupenda kwa Malo GhawemiPa ma electrode gha porous agho ghakusangika mu mabatire na maselo gha mafuta, unandi wa ŵanthu ŵakugwiliskira ntchito malo ghawemi kusazgapo malo ghakuŵikamo pore:
J_efficity= I / (A_chiŵelengero × kujikuzga_factor)
Battery{{0} pafupifupi graphite anodes kanandi ŵakulongora vinthu vyakukhozga vya 10-30, kung'anamura kuti malo gha geometric gha 10 cm2 ghakupereka 100-300 cm2 ya malo ghakugwira ntchito gha magesi. Ntheura 5A charge current yikugaŵira malo ghose agha, ndipo yikuchepeskako nkhongono ya sonosono apa na chinthu chimoza cha 10-30 ×.
Nthowa 2: Kusanda vya EletizamuNthowa zasono zakulongozgera mabatire ku makampani nga ni BorgWarner zikugwiriskira ncito nkhongono za maji za kompyuta kuti ziŵerengerenge kugaŵika kwa unandi wa sonosono apa kukupenda:
Yayi-uniform thickness
Masambiro gha nyengo
Boma--} kulipira
Kufwa kwa magesi
2024 pepara ili likuyowoya kuti FEA- pafupifupi mtundu wa mtundu wa mtundu uwu ukachepeska kuchepa kwa batiri na 23% mu mapulogalamu gha magalimoto gha magesi mwa kumanyiska na kuchepeska malo ghakutentha apo unandi wa mtundu uwu ukajumpha 3.5 mA / cm2- throught kwa msinkhu wakuchitika mwaluŵiro -}}}" magesi interphase (SEI) kukura.
Pillar 2: Nkhani Zakukhwaskana na Kupempha
Kusuntha kwasonosono mu ndondomeko ya mabatire
Tekinoloje ya mabatire yikwimira kugwiriskira ncito kwa mazuŵa ghano kwa mazuŵa ghano kwa kukhozga kwa sono. Mabatire ghakuchajira, chomenechomene lithiamu - kemiko yakukhazikika, ghakukhumbikwira kuti ghalongozgeke makora sonosono apa kuti ghaŵe ghakuyana na liwiro la kulipilika na umoyo utali. Makemikolo ghakupambanapambana gha batire ghakuzizipizga mitundu yakupambanapambana ya sono:
Mabatiri gha Lithiamu{{0}pafupifupi:
Kugwira ntchito: 50-200 mA / cm2
Kulipila mwaluŵiro: 200-400 mA / cm2 .
Kufumiska nyama: 400-800 mA / cm2
Damage threshold: >1000 m/cm2
Mabatire gha visulo:
Ntchito yakukhozga:<50 mA/cm²
Dendrite formation risk: >50 mA/m2 ′ .
Kafukufuku kufuma ku yunivesite ya California San Diego (2024) wakulongora kuti vitsulo vya lithiamu vingakwaniska kugwira ntchito za sono mpaka 200 mA / cm2 para vikugwiriskira ncito vigaŵa vyakupangika na ŵanthu -} electrolyte vigaŵa vya interphase, ivyo vikwimira 4 × kusintha kwa vitsulo vyambura kanthu. Kupita panthazi uku kungapangiska kuti nyengo 15 zakulipira magalimoto gha magesi gha mtunda wa makilomita 300.
Real{{0}dyereko nkhani ya batiri ya batire:
Amperology Technology Co. Limited (CATL), uyo wakupanga mabatire ghakuru chomene pa charu chose, wakasindikizga vimanyikwiro vya batire lawo la Qilin mu 2024. Kapangidwe kake kakukwaniska 255 Wh / kg nkhongono za nkhongono uku mukusunga mtundu wa mtundu wa sono mu 8% pa 120 cm2 celles. Kuyana na ivyo ŵakalemba pa nkhani ya uinjiniya, kukolerana uku kukufumamo:
Kumalizga kwa masambiro gha sono:Kusintha kufuma pa 8 μm pa mphepete za maselo kufika pa 12 μm pakati pa pakati pa kulipira kwa geometric lowing effects
Kuŵika tabu yakunozgekera:Ma tab ghanayi pa electrode m’malo mwa viŵiri ghakuchepeska unandi wa sonosono apa na 35% .
Kulaŵilira kwa nyengo:Kuzizima kwakuchitika kukusunga vigaŵa vya kutentha pasi pa 5℃, kuleskera kusintha kwa mtundu uwo ukupangiska kuti mtundu wa mtundu uwu uŵepo yayi -uniformity .
Ivyo vikufumamo: umoyo wa mzere uwo ukujumpha 1,500 rounds yose pa 2C charge/discharge, apo mapangidwe gha mpikisano ghakunangika chomene pamanyuma pa 800 mzere.
Mafuta ghasonosono mu ndondomeko ya kupanga magesi
Nthowa za mafakitale, kupanga magesi, na ndondomeko ya magesi vikuthemba pa nkhongono za sono:
Kunozga kwa chroronate:
Kuchuluka kwa nyengo yasono: 30-50 A / dm2 (300-500 A / m2)
Kutentha kwakusambira: 45-50 degree
Chiŵelengero cha kuŵika: 25-30 μm / ora
Nthowa yikuru yakupelekera magalimoto 2023 ya 2023 yikuvumbura kuti kusunga unandi wa sonosono mukati mwa ± 5% ya 40 A / dm2 flor chorget kukupanga chrome coarings kukumana na vigaŵa vyakuwonekera kwa magalimoto na 99.2% yakwamba - photos. Kupatuka kwakujumpha £10% kupanga viheni vyakuwoneka ivyo vikukhumbikwira kuti vifumiskikepo na kubwezereska.
Kuziko magesi ya mkuŵa:
Kuchuluka kwa nyengo yasono: 200-300 A / m2
Kusintha kwa mkuŵa: 99.5% → 99.99%
Kulinganiska kwa chuma: Kuchuluka kwapachanya kwa sono kukusazgirako throughput kweni kukuchepeska kutowa .
Association ya pa charu chose yikuti malo gha mazuŵa ghano ghakupanga magesi ghakugwira ntchito pa 250-280 A / m2, kupanga 99.995% cathodes za mkuŵa wakutowa pa mitengo ya 100-150 kg / m2 / m2 / zuŵa. Kuyezgayezga kukankhira unandi wa ŵanthu awo ŵali pachanya pa 350 A / m2 kukusazgapo vyakufipirwa ivyo vikujumpha pa vigaŵa vya magesi.
Kususkika kwa sonosono apa mu vyakuchita vyakubisika
Kugomezgeka kwa dera lakusazgikira kukuthemba pa electromigration, nthowa yakutondeka iyo yikulongozgeka na unandi wa sono:
Pafupifupi:Pafupifupi 1 MA / cm2 kwa aluminiyamu wakukolerana, 5-10 MA / cm2 kwa mkuŵa wakukolerana pa 100℃.
Pakuti ma transistors ghakuchepa pakulondezga Dango la Moore, mtanda wakukolerana -vigaŵa ukuchepa, kukankhira vigaŵa vyasonosono ku mphaka zakuwoneka. Lipoti la 2024 kufuma ku IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre) likulongora kuti chips cha 3nm cha ndondomeko ya node yikugwira ntchito pamoza pa 3-8 MA / cm2, kukhumba ruthenium panji cobalt metallization kuti vileke kutondeka kutondeka kwa magesi pa nyengo ya umoyo wa vyaka 10.
chiyelezgero cha nkhani:
Malemba gha Intel gha 2024 gha ndondomeko yawo ya Intel 4 ghakulongosora umo vinthu vikwendera sonosono apa mu ma netiweki ghakupelekera magesi. Suzgo: kupereka 200A ku CPU kufwa kufuma ku vyakulongozga vya magesi ivyo vili pa mtunda wa 15mm kutali pa substrate ya phukusi.
Nthowa yakuzenga:
Diee{0}}":50 μ⁄4‐‐‐‐wide mkuŵa wakukolerana pa 5 MA / cm2 avereji
Package{{0} kunja:200 μam-} mitundu yose ya mkuwa pa 500 kA / cm2 .
Kupeleka kwa nkhongono:85% nkhongono izo zikusungika mwa kuchepeska IR don dontho ku 50mV kwizira mu kufanana kukuru uko kukugaŵira sonosono apa 500+ kulumikizgana
Kugaŵika uku kukupangiska kuti munthu waliyose uyo wakulongozga waleke kujumpha pa 10 MA / cm2 threshold apo electromigration yakuchitika mwaluŵiro yingaŵa yakunanga nyengo yitali - nyengo yakugomezgeka.
Pillar 3: Kupima na Kunozga
Nthowa zakuwonera mwaluŵiro
Kupima unandi wa vinthu ivyo vikuchitika sonosono apa kukukhumba nthowa zakulongozgeka chifukwa kuwoneseska mwaluŵiro kungatimbanizga magesi:
Nthowa yakwamba: Sonosono apa na Chimanyisko cha Area
Nthowa yipusu chomene yikupima vyose ivyo vili na vipingo vyakwenelera apo yikupenda malo kufuma ku vipimilo vya thupi:
J {{0}_KEKHA YOSE .
Vipingo vyakuzomerezgeka:
Kupima kwa malo: ±2-5% kwa ma electrode gha makina
Kughanaghana kwa kugaŵira kwasono: kukughanaghanirika kuti kuli na 10{{-30% kupuvya kwa ndondomeko zambura kumanyikwa .
Kukwaniska: Kulaŵilira kwakwenelera, kuwoneseska ndondomeko
Nthowa 2: Vipangizo vyakugaŵira vyasonosono
Nthowa zakulongozgera mabatire zapachanya zikupangiska kuti ŵakusonkheska ŵasono ŵaŵawonenge:
Mapulatifomu gha kafukufuku wa mabatire gha mazuŵa ghano kufuma ku Arbin Instruments ghali na ma electrode ghakugaŵika mu vigaŵa vya 16-64, chilichose chikuwoneseska mwakujiyimira. 2024 kugwiriskira ncito luso ili kukasanga kuti maselo gha lithium-ion gha thumba ghakulongora kusintha kwa mtundu wa 40-80% pakati pa mphepete na vigaŵa vya pakati pa nyengo ya kucedwa, na mphepete zikukumana na 1.8 × mtundu wa sonosono cifukwa ca geometric effects.
Nthowa 3: Kupanga Mapu ya Mithupi
Non-vintho ya kupimika kwa mtundu wa sono kukugwiriskira ncito magnetic field iyo yikupangika na kwenda kwa sonosono:
B = (μ₀ / 4π) ∫ (J × r̂) / r2 dV
Nkhu:
B= magweme flux density (T)
μ.=kuloŵa kwa malo ghambura kulipiliska (4π × 10⁻⁻⁻⁄2- H / m)
r̂= vector vector kufuma ku chigaŵa cha sonosono apa kufika pa malo ghakuyezga
Ŵakufufuza ku Oak Ridge National Laboratory ŵakapanga magnetoressitive sensor sensors awo ŵangakwaniska kupanga mapu gha kugaŵika kwa mtundu wa mtundu mu maselo gha mabatire pa nyengo yakugwira ntchito na 1 mm resolution. Buku lawo la 2024 likulongora kuti kumanyiska malo ghakuzizima ghasono agho ghakukolerana na malo ghakutondeka ghakwambilira - siteji agho ghakusangika mu kusanda kwa post- mamortem kusanthula.
Nthowa zakuchitira vinthu
Nthowa 1: Kupanga ma geometric
Kunozga electrode geometry kukugaŵira sonosono apa:
Kuŵikika kwa tab optimity:Masambiro ghakuyezgayezga ghakulongora kuti dual- tab designs kukucepeskako unandi wa nyengo yasono na 25{{-40% pakuyaniska na kusintha kwa tabu yimoza .
Kuwona kwa electrode:Height-- width ratio pakati pa 1:2 na 1:4 kuchepeskako kwa sono pa mphaka ya geometric .
Kupindika kwakuluta panthazi:Pachoko na pachoko electrodi with pa nthowa iyo yilipo sonosono apa yikusunga mtundu wa nyengo zose nangauli kutayika kwa ohmic .
Kafukufuku wa 2024 wakugaŵikana uyo wakasindikizgika na ŵakusanda pa Yunivesite ya Michigan wakalongora kuti kukhozga lithiamu -ion batire geometry geometry yikachepeska msinkhu -to- average density radio kufuma pa 2.3:1 kufika pa 1.3:1, kung'anamura ku 35% kusintha kwa umoyo mwaluŵiro- mtengo wa msinkhu wa msinkhu wa msinkhu wa msinkhu.
Nthowa 2: Kutukula kwa Katundu wa Ŵamama
Kukhozga conductivity kukucepeskako magesi agho ghakukhumbikwa kuti paŵe unandi wa magesi:
Vinthu ivyo vikupangiska kuti vinthu viŵeko mu ma electrodes:Carbon black, carbon nanotubes, panji vyakusazgapo vya graphene pa 2-5% na kulemera kukuchepeska nkhongono ya electrode na 60-80% .
Kukwaniska kwa magesi:Kuwonjezera kwa mchere wa lithium kufuma pa 1.0M kufika pa 1.5M kukupangiska kuti ionic yiŵe na ionic conductivity na 40%, ndipo ivi vikupangiska kuti 30% yiŵe na mtundu wakukwera wakukhalilira
Kusankha kwa kusonkheska sonosono apa:Kusintha kufuma ku aluminiyamu (kukonkheska: 3.8 × 10⁷ S / m) kufika pa mkuwa (5.96 × 10 10 10 m) kwa vyose viŵiri ma electrodes kukuchepeska kukana kwakusonkheska na 36% .
Nthowa 3: Kupanga kwa Protocol kwakugwira ntchito
Mo ndondomeko zikugwilira ntchito kukukhwaska chomene kugaŵika kwa ŵanthu awo ŵali na suzgo ili:
Battery mwaluŵiro {{{ils}}chigaŵa ndondomeko kufuma ku ŵakupanga ŵa EV ŵakuru (2024 data):
Munthu wa Tesla Supercharger V:Kuŵikapo sonosono apa- kugaŵika kwa mphaka iyo yikupambana na malo - averaged density ya sono kufuma pa 300 mA / cm2 pa 10% boma 10% state - charge- charge (SOC) kufika pa 100 mA / cm2 pa 80% SO, kusintha ku lithiamu {8}), kutembenukira ku lithium- kwendakwenda nga ni ma electrodes nga ni ma electrodes
Porsche Taycan:Kulipila pulse ya pulse pa 1 Hz na 400 mA / cm2 nsonga na 200 mA / cm2 avereji, kuchepeska kugaŵikana kwa mtundu uwo ukupanga mtundu wa mtundu wa mtundu wa mtundu wa mtundu .
BYD Blade Battery:Kugwiriskira ncito kutentha {{0}adaptive mphamvu ya sono, kuzomerezga 250 mA / cm2 pa 25-35℃kweni kukanizga kufika pa 150 mA / cm2 pasi pa 15℃apo electrolyte conductivity yikukhira 60% .
Kafukufuku kufuma ku University ya Technical University (2024) wakayaniska nyengo zose za nyengo zose zakulipira pa 250 mA / cm2 pakulimbana na ndondomeko zakusintha izo zikaŵa na mtundu wakupambanapambana wa sonosono wakuthemba pa vipimilo vya impedance vyanadi - nyengo. Nthowa yakusinthira yikachepeska kupatuka kwa nyengo yasono na 47% na kusintha umoyo wakuzungulira kufuma pa 1,100 kufika pa 1,650 mzere kufika pa 80% kusunga nkhongono.
Nthowa zakupangiska kuti thupi liŵe na Mafuta ghasonosono apa
Chigaŵa 1: Vinthu ivyo vikukhumbikwa
Kukhazikiska vimanyikwiro vya sonosono apa kukukhumbikwira kulinganiska vigaŵa vinandi ivyo vikuchita mpikisano:
Vinthu ivyo vikukhumbikwa:
Malipiro ghakukhumba/mlingo wa mwaluŵiro .
Vinthu ivyo vikukhumbikwa pa unandi wa magesi
Vinthu ivyo vikupangiska kuti munthu waŵe na nkhongono
Vinthu ivyo vikukhumbikwa pa umoyo wake wose:
Umoyo wa msinkhu panji maora ghakugwira ntchito
Viŵelengera vyakuzomerezgeka
Umaliro --kugwiriskira ncito nkhongono za umoyo
Vinthu ivyo vikukanizgika:
Maximum allowable temperature rise
Kutondeka kwa kuleskeka kwa mtundu (ulendo wakuchimbira, madera ghafupi)
Kulondezga malango (UL, IEC, ANSI vipimo)
Chiyelezgero cha kulongosora kufuma ku kugwiriskira ncito nkhongono zakusungamo nkhongono:
Nthowa: 1 MW lithium-ion batri ya malango gha pafupipafupi Kufumiskika: 1 MW (1C rate) Kulutilira kugwira ntchito: 0.5 MW (0.5C rate) umoyo wa umoyo: 5,000 msinkhu wose Kusanga msinkhu wa msinkhu wa sono: {8} Kugwira ntchito: 125 mA / cm22 (50% kugwiriskira ncito) Peak opaleshoni: 250 m/cm2 (80% chinthu chakugwiriskira ntchito) - Kupanga mphepete za chivikiriro: 312 mA / cm2 pafupifupi (1.25 × nsonga) - Malo ghakugwira ntchito ghakukhumbikwa: 4,000 cm2 pa selo
Chigaŵa 2: Kupanga na kuŵerengera .
Nthowa ya mazuŵa ghano ya uinjiniya yikugwiriskira ncito multi ({0}}physics simulations pambere yindapangike mwakuthupi:
Kuyezgayezga kwakuyezgayezga:
Chiyerezgero cha electrochemical:Newman{{- viyerezgero vyakumazga vigaŵa vyakupambanapambana vyakupambanapambana vya lithiamu, nkhongono, na kutentha .
Kusanda kwa kugaŵira kwasono:Solves Laplace equation kwa malo agho ghangaŵapo, kupenda unandi wa sonosono kufuma ku conductivity na munda wa magesi wa malo .
Kuyezgelera kwa kutentha:Kusanda kwakutenthemeska kwa nyengo yakutentha kwakuchuluka kwa nyengo yasono nga ni mtundu wa kutentha kwa voliyumu (Q= J2 / σ)
Kunozga:Kusintha kwa iyerative kwa geometry, vinthu, na umo vikugwilira ntchito kuti vichepeske msinkhu wa ŵanthu ŵanandi apo vikukwaniska vigaŵa vyakugwira ntchito .
Mapulogalamu ghakuyezgayezga gha mabatire kufuma ku makampani gha ANSYS na COMSOL ghakovwira ŵanjiniya kuti ŵawone mazana gha mitundu yakupambanapambana ya kupanga makompyuta. Kafukufuku wa 2024 benchimance wakalongora kuti simulation{{-" kapangidwe kakupangika yikachepeska kuwerezgapo kwa thupi kufuma pa avereji ya 7.3 kufika pa 2.1 pa pulojekiti yiliyose, kufupikiska nyengo yakukura na 60%.
Chigaŵa 3: Kukhozgera na Kuwerezgapo
Kuyezgeka kwa thupi kukukhozgera ivyo vikuyowoyeka pa viyezgelero na kuvumbura vinthu ivyo vikujambulika yayi mu viyerezgero:
Ulongozgi wa kukhozgera:
Coupon {00} kuyezgeka kwa msinkhu:Viyezgelero vichokovichoko vya electrode vikukhozgera nkharo yakuzirwa pa msinkhu wakulongozgeka wa sono .
Cell- kuyezgeka:Full- maselo a prototype aspret - discharge njinga na kuwoneseska kwa sono .
Module {0 kuyezga} msinkhu wa msinkhu:Maselo ghanandi mu vigaŵa vya / vigaŵa vyakupambanapambana vikuvumbura kugaŵika kwa sonosono apa yayi -uniformities
Nthowa{0}Mapaketi gha mabatire ghakukwana ghakugwira ntchito mu maprofayili gha katundu weneco
Kukhozgera kwakuzirwa:
Kufana kwakukula kwasono:Kuyezgeka kwizira mu vigaŵa vyakugaŵika sonosono panji post-motem kusanthula
Kugaŵika kwa kutentha:Kuwoneska kwa infrared pa nyengo ya kuyezgelera kukuvumbura malo ghakuzizima gha sono kwizira mu kutentha kwakukwera
Kulondezga kwa kunangika:Nkhongono zikumara mitengo yakupambanapambana ya sonosono apa yikukhazikiska mphaka zakugwira ntchito .
Kusanda kwa kutondeka:Kukhala kwa maselo ghacekuru kukumanyiska nthowa zakunanga (kukura kwa SEI, kuŵika lithium, kuphwanya kwa electrode) ndiposo kukukolerana na mbiri ya msinkhu wa sonosono apa .
Malo ghakuyezga mabatire ghapacanya ghakugwiriskira ncito tomography ya kompyuta (CT) kuti ghalembe mapu gha lithiamu ghakuŵikika mu maselo para ghakwera njinga pa msinkhu wakupambanapambana wa sono. Kafukufuku wa 2024 wakusambira wa SLAC National Accelerator wa SLAC National Laboratory wakagwiliskira nchito vithuzithuzi vya X-}y kuwoneska kuti vigaŵa ivyo vili na 40% pachanya pa - average density ya sono vikalongora 2.8 × nkhongono zakuchimbira mwaluŵiro zakumara pa 500 mzere.
Mafumbo Ghakuwongera
Kasi pali mphambano wuli pakati pa unandi wa sonosono na sono?
Pasono wakupima umo magesi ghakuchitira kwizira mu conductor (kupimika mu ampere), apo density ya sono yikulongosora umo sonosono apa yikugaŵira mu chigaŵa chose cha conductor - sectional malo (kupimika mu ampere pa ampere pa square mita panji ampere pa square sentimita). Waya uyo wakunyamura 10 amperes wali na mtundu umoza wa sonosono kwambura kupwelerako za msinkhu wake, kweni waya wakuwonda wali na unandi wa sono kuluska waya wakukhora uyo wakunyamura magesi ghakuyana waka. Kupambana uku nkhwakuzirwa chifukwa cha kutentha kwa vinthu, kunanga, na nthowa zakutondeka vikuthemba pa unandi wa vinthu ivyo vikuchitika sonosono apa m’malo mwa mtundu wose.
Kasi mtundu wa mtundu uwu ukukhwaska wuli liwiro la kuchaja la mabatire?
Kuchuluka kwa sonosono apa kukusankha mwaluŵiro mitengo ya charging yakuvikilirika mu mabatire. Kuchuluka kwa mtundu wa mtundu uwu kukupangiska kuti magesi ghaleke kunangika mwaluŵiro kweni ghakupangiska kuti magesi ghanangike mwaluŵiro ndipo ghakupangiska kuti paŵe ngozi zakuvikilirika. Mabatire ghanandi gha lithiamu{{{{{zi]} 200-300 mA / cm2 kuti ŵachizgike mwaluŵiro, kuzomerezga 80% mtengo mu 30- 45 mphindi. Kupatulako vigaŵa vyakukhazikika vya mtundu wa mtundu wa mtundu wa lithiamu, kucekura mwaluŵiro, na kuthamanga kwakutentha. Mapulogalamu gha mazuŵa ghano {{00}}pleroging protocol ghakusintha mwa nkhongono unandi wa sonosono apa mwakuyana na kutentha kwa batire, mtundu wa magesi, na msinkhu kuti uŵe na liwiro la magesi uku ukusunga umoyo wa batire.
Kasi nchivici ico cikucitika para ŵanthu ŵakukwana sono?
Kuchuluka kwa nyengo yasono kukupangiska kuti paŵe nthowa zinandi zakutondeka mwakuyana na ndondomeko. Mu mabatire, msinkhu wapachanya chomene ukupangiska lithiamu kuŵika pa anodes, dendrite kupangika uko kungaboola vigaŵa vyakupatura, kuchimbizga mwaluŵiro -} magesi pakati pa vigaŵa, na kuphwanya kwa electrode kufuma ku kusuzgika kwa makina. Mu kugaŵa magesi, mtundu wa sonosono apa ukupanga vinthu vyakukhozga, vyambura kwenelera na vyakumatira viheni. Mu semiconductors, electromigration yikuchitiska mwaluŵiro, kupangiska kuti vitsulo visamire ku malo ghanyake, kupanga kwambura kanthu, na kutondeka kwa dera. Kukwera kwa kutentha kukukuraso pa msinkhu wapachanya chomene chifukwa mtundu wa kutentha ukulondezga J2 /σ (kuzanizgika kwa nyengo yasono uko kukugaŵika na conductivity).
Kasi unandi wa sonosono ungaŵa uheni?
Enya, unandi wa sono ungaŵa uheni mu ng’anamuro la masamu, kurongora kuti kuseŵera kwa sonosono mu nthowa yakupambana. Mu mabatire, mtundu uwemi wa mtundu uwu ukuyimira kufunyamo maji (sono wakufumapo pa terminal yiwemi), apo unandi wa sonosono wa mtundu ukuyimira charging (sono sono wakunjira mu terminal yiwemi). Mu semiconductor physics, electron flow (wa nyengo yasono ya negative) na kuseŵera kwa mabowo (kunja kwakumanyikwa kwa sonosono) kukupanga vyakupereka vyakususkana vya sonosono ivyo vikupelekeka ku vigaŵa vyose vya sono. Ungano wa kusayinira ukuthemba pa ndondomeko ya coordinate na umo ukugwiriskira ncito kweni nyengo zose ukulongora umo msewu ukulongozgera pakuyaniska na umo ukulongozgera.
Kasi mukupima wuli mtundu wa sonosono apa mwakuyezgayezga?
Kupima kwa msinkhu wa sonosono apa kukusazgapo kuyezga kose kwa sono na cross -dectional malo ghakusankha. Pa ma geometries ghambura kusuzga, yezganipo sonosono apa na ammeter yakukwana na kupenda unandi wa ŵanthu mwa kugaŵa na malo agho ghakumanyikwa. Pa ndondomeko zakusuzga nga ni mabatire, ma electrode ghakugaŵika na kuwoneseska kwa munthu payekha kukuvumbura kugaŵika kwa malo. Non {{-vina nthowa zikusazgapo mapu gha magnetic field kugwiriskira ncito masensa gha Hall (nkhongono ya magnetic field yikukhwaskana na unandi wa sono kwizira mu dango la Ampere) na kutentha kwa infrared (kukwera kwa temperature kukukolerana na unandi wa sono kwizira mu kutenthemeska kwa Joule). Kafukufuku wakusazgikira wakugwiriskira ncito syncrotroron X-ray kuwoneska panji neutron radiography kuti ŵalembe mapu gha vigaŵa vya sono pa nyengo yakugwira ntchito.
Kasi nchivici ico cikuwoneka kuti nchakukwana sono?
"High" current density is application-dependent and relates to material limits. For lithium-ion batteries, >300 mA/mp′ yikuwoneka kuti njapachanya ndipo ngozi zakofya zikunangika mwaluŵiro. Mu waya wa mkuwa, vigaŵa vyasonosono vyakujumpha 10 A / cm2 vikupangiska kuti kutenthemeska kwakuzirwa. Kwa superconductors, vigaŵa vyakuzirwa vya sonosono apa vya 1-10 MA/cm2 vikwimira mphaka ya pachanya pambere superconductivity yindaphwanyike. Endustrial electroplaplaplal kanandi yikugwira ntchito pa 10-100 A / dm2 (0.1-1 A / cm2), na vigaŵa vyapachanya vikuwoneka kuti ni vyaukazuzi. Semiconductor wakukolerana nyengo zose 1-10 MA / cm2, kusendelera kwa mphaka ya thupi apo electromigration yikupangiska kuti kutondeka. Nkhani zakukhwaskana na vinthu--zikulingana izo zikuchitika mu pulogiramu yimoza zingaŵa zakukwera chomene mu chinyake.
Chifukwa wuli mabatire ghakunangika mwaluŵiro pa msinkhu wapachanya?
Kuchuluka kwa nyengo yasono kukupangiska kuti paŵe nthowa zinandi zakunangika mu mabatire. Chakwamba, msinkhu wakukwera uwo ukukwera ukusazgirako kutentha kwa malo kwizira mu kutenthemeska kwakutenthemeska, kupangiska kuti vinthu viŵe na kemiko mwaluŵiro ivyo vikurya vinthu ivyo vikugwira ntchito na kupanga vigaŵa vyakutetezgera. Chachiŵiri, mtundu wa mtundu wa mtundu uwu ukupanga mtundu wa lithium wakukwera mukati mwa vigaŵa vya electrode, ndipo ukupangiska kuti munthu waŵe na suzgo la makina ndiposo kuti wapange vigaŵa vinyake ivyo vikupatulika. Chachitatu, pa graphite anodes pa msinkhu wa sonosono apa pachanya pa 1.5-2.5 mA / cm2, mbale za lithiamu pa mtunda m’malo mwa kuyambiska, kurya lithium inventory ndipo kungapangiska kuti paŵe ngozi za chivikiliro. Chachinayi, kuchuluka kwa ŵanthu ŵanandi kukukwezga vinthu vinandi chomene, kukankhira magesi ghakugwira ntchito kuwaro kwa mawindo ghakukhazikika gha magesi apo kuvunda kwa electrolyte kukuchitika mwaluŵiro. Nthowa izi zikusazgapo, kulongosora chifukwa icho umoyo wa batire ukuchepa chomene na kuchuluka kwa ŵanthu awo ŵalipo sono.
Key Monyawawaws
Kuchuluka kwasono (J= I/A) kukupima magesi gha magesi pa unit 1 mtanda - vigaŵa vya chigaŵa, kuvumbura kugaŵika kwa malo ghose agho vipimilo vyose vya sonosono apa vikumanyikwa makora yayi. Kupambana uku kukupangiska kuti paŵe nchito mwakuvikilirika panji kutondeka mwaluŵiro.
Vinthu vyakukhwaskana na ndondomeko na pulogiramu vikukhozgera mitundu yakuzomerezgeka ya sonosono apa .: lithiamu {{{{‐}}" mabatire ghakuzizipizga 50-300 mA / cm2 kuti ghagwirenge ntchito, waya wa mkuwa 1-10 A / cm2 mu vya magesi, ndipo superconductors zikufika pa 1-10 MA / cm2 pambere yindataye katundu wakukana.
Kugwira ntchito kwa mabatire na nyengo yitali kukuthemba chomene pa kulaŵilira kwa sono .: kusunga kugaŵika kwakuyana mukati mwa 10-15% na kukhala pasi pa vinthu vyakale-pless thresholds kukusazgirako umoyo wakuzungulira na 40-60% pakuyaniska na ndondomeko zakusinthika ziheni. Kulaŵilira kwa density ya sonosono apa kukupangiska kuti paŵe ndondomeko zakulipira mwaluŵiro uku zikukanizga lithium kuŵika na kutenthemeska.
Kunozga kukukhumbikwira kuti paŵe kupanga vinthu mwakukolerana, vinthu, na ndondomeko ya ntchito .: kuŵika tab pa tabu kukuchepeska msinkhu wa mtundu wa mtundu na 25-40%, vyakuwonjezera vyakulongozga vikupangiska kuti kugaŵika kuŵe kwakuyana, na kusintha kwakusintha kwa ma algorithms ghakusintha kukuchepeska nkhongono za nyengo yasono mwakuyana na vigaŵa vya nyengo yeneco kuti viŵe vyakukwana kuti viŵe vyakukwana mukati mwa vipingo vyakuvikilirika.
Mabuzu
Massachusetts Institute of Technology Department of Materials Science - "Current Density Distribution Effects on Lithium-Ion Battery Cycle Life" (2024) - https://dmse.mit.edu/research/batteries
Ŵanthu ŵa pa yunivesite ya Stanford, awo ŵakupenja vinthu vya kusambazga- "Nthowa zakupangika na ŵanthu awo ŵali mu Lithium Metal Anodes" (2024) - https:// web.stanford.edu/gulu la ŵanthu/magulu ghacui_group/
Institute ya National Institute ya Miyezo na Tekinoloje - "Kupanga Mapulogalamu Kunozga Kukonzekera Kupitilira mu Kulaŵilira Kwasonosono" (2023) - https://www.nist.gov.gov/mml/vyakukhwaskana na vinthu vinyake-science - science {nthengwa
Dipatimenti ya Mabatire ya Mabatire gha Argonne ya Argonne - "Nthowa za Kutumizga Ion ku Lithiamu-Ion Battery Electrolytes" (2024) - https://www.anl.gov / gulu / gulu / gulu / battery / battery / batire / battery - engergy - engergy {{8}Vinthu vya pastori za sitoro {{8}Viyelezgero {nthengwa
University ya California San Diego Jacobs School ya Uinjiniya wa Uinjiniya - "Malonda gha SEI gha SEI gha Ŵanthu Ŵachoko Ŵasono Ŵachoko Ŵa Lithium Lithium Metal Anodes" (2024) - https: / / jacobssukulu.icsd.dus.dud.edu / kufufuza
Wupu wa Mphepo Mkuwa wa Pachanya - "Msopoti Wakupanga Mapulogalamu Ghasono Ghakupangiska Ntchito Yakufipiska" (2023) - https:// copperalliance.org/
IMEC Kafukufuku wa Malonda gha Ŵanthu - "Kupanga magesi mu ndondomeko zapachanya" (2024) - https://www.imec-}} ku-en / en / electromigration / electromigration
Oak Ridge Ngongole Yakuyamwa Kupangika Kupanga Manufakitale - "Mapu ya Maji Ghasono Mapu ya Mafuta gha Mafupa mu Nthowa zakusungamo Nkhongono" (2024) - https://www.ornl.ornl.gov / esd
Nthowa ya pa Yunivesite ya Michigan, Laboratory ya pa Laboratory - "Kunozga kwa geometric kwa Umoza wa Vinthu vyasonosono mu Lithiamu-Ion Maselo" (2024) - https://systemslab.mich.mich.mich.edu /
Technical University of Denmark Energy Systems - "Adaptive Charging Protocols for Lithium-Ion Battery Longevity" (2024) - https://www.dtu.dk/english/research/energy
Stanford SLAC SLAC Laboratory ya mtundu wa ŵanthu - "Synchrotron X-Ray Chithunzithunzi cha Vinthu vyasonosono vya Density Vipangizo mu mabatire" (2024) - https: / / www6.slac.slac.edu / kafukufuku
Tesla Battery Mgwirizano Mgwirizano wa Mgwirizano - "Kupangika mwaluŵiro Kupanga Mapangidwe Ghambura Kukhalako - Mtundu- Umoyo Lithiamu-Ion Mabatiri" (2024) - Pepala Lakutuŵa la Uteŵeti
Munthu uyo wakukhala mu nyengo yasono, Co.
BorgWarner Mabatala Mababati ya Kulaŵilira - "Kupereka Kwakukhozga Kwa Kugaŵira Vinthu vyasonosono" (2024) - Pepala Lituŵa la Uinjiniya
