ఎలక్ట్రిక్ ట్రక్ పరిజ్ఞానం
ఆటోమోటివ్ సాలిడ్-స్టేట్ లిథియం బ్యాటరీల పరిశోధన పురోగతి మరియు పారిశ్రామిక అనువర్తనాలు
జనవరి
కొత్త వేగవంతమైన అభివృద్ధితో శక్తి వాహనంs (Nevs) మరియు గ్రిడ్ శక్తి నిల్వ కోసం పెరుగుతున్న డిమాండ్, అధిక శక్తి సాంద్రత మరియు ఎక్కువ భద్రత కలిగిన బ్యాటరీల అవసరం మరింత అత్యవసరంగా మారింది. ప్రకారం “శక్తి-పొదుపు మరియు కొత్తది శక్తి వాహనం టెక్నాలజీ రోడ్‌మ్యాప్” చైనా పరిశ్రమ మరియు సమాచార సాంకేతిక మంత్రిత్వ శాఖ విడుదల చేసింది (MIIT), సింగిల్-సెల్ శక్తి సాంద్రత లక్ష్యాలు చేరుకోవడానికి సెట్ చేయబడ్డాయి 300 Wh/kg ద్వారా 2020, 400 Wh/kg ద్వారా 2025, మరియు 500 Wh/kg ద్వారా 2030 (చిత్రంలో చూపిన విధంగా 1). అయితే, ప్రస్తుత బ్యాటరీ వ్యవస్థలు సాధించడానికి కష్టపడుతున్నాయి 400 Wh/kg శక్తి సాంద్రత, వదిలేయండి 500 Wh/kg.
1. ఆటోమోటివ్ లిథియం బ్యాటరీల పనితీరు అవసరాలు
ఆటోమోటివ్ పవర్ బ్యాటరీలు తప్పనిసరిగా అనేక క్లిష్టమైన పనితీరు ప్రమాణాలను కలిగి ఉండాలి: భద్రత, అధిక శక్తి సాంద్రత, అధిక శక్తి సాంద్రత, తక్కువ స్వీయ-ఉత్సర్గ రేట్లు, విస్తృత కార్యాచరణ ఉష్ణోగ్రత పరిధులు, సుదీర్ఘ జీవితకాలం, మరియు తక్కువ ధర.
పూర్తిగా బ్యాటరీతో నడిచే ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల కోసం (Evs), అధిక సామర్థ్యం మరియు శక్తి సాంద్రత కలిగిన శక్తి-రకం బ్యాటరీలు అవసరం. దీనిని సాధించడానికి, లిథియం-అయాన్ పవర్ బ్యాటరీలు తప్పనిసరిగా పనితీరు కొలమానాలను మెరుగుపరచాలి, ఖర్చులు తగ్గిస్తాయి, భద్రతను పెంచుతాయి, మరియు జీవితకాలాన్ని పొడిగించండి. పట్టిక 1 ఈ అవసరాలను సంగ్రహిస్తుంది.
2. సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీల ప్రయోజనాలు
2.1 అధిక శక్తి సాంద్రత
సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు లిథియం మెటల్‌ను యానోడ్‌గా ఉపయోగించడాన్ని ప్రారంభిస్తాయి, యొక్క సైద్ధాంతిక సామర్థ్యంతో 3800 mAh/g—సుమారుగా 10 గ్రాఫైట్ కంటే రెట్లు ఎక్కువ. సంప్రదాయ ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థలలో, నియంత్రించలేని లిథియం డెండ్రైట్ పెరుగుదల మరియు గణనీయమైన వాల్యూమ్ విస్తరణ వంటి సమస్యలు లిథియం మెటల్ వినియోగాన్ని పరిమితం చేస్తాయి. ఘన ఎలక్ట్రోలైట్స్, వారి ఉన్నతమైన యాంత్రిక లక్షణాలతో, డెండ్రైట్ ఏర్పడటాన్ని అణిచివేస్తుంది మరియు లిథియం మెటల్ యొక్క దరఖాస్తును అనుమతిస్తుంది, తద్వారా శక్తి సాంద్రతను పెంచుతుంది.
2.2 మెరుగైన ఉష్ణ స్థిరత్వం
ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్ బ్యాటరీల కంటే ఘన-స్థితి బ్యాటరీలు మెరుగైన ఉష్ణ స్థిరత్వాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి, అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద కుళ్ళిపోవడానికి మరియు వాయువు ఉత్పత్తికి గురయ్యే అవకాశం ఉంది. కీ ప్రయోజనాలు ఉన్నాయి:
- పాలిమర్ ఫ్రేమ్‌వర్క్: ఘన-స్థితి ఎలక్ట్రోలైట్లు నిరాకార పాలిమర్ వెన్నెముకలను కలిగి ఉంటాయి, ఇవి అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లిథియం-అయాన్ వాహకతను మెరుగుపరుస్తాయి.
- అకర్బన సిరామిక్ ఎలక్ట్రోలైట్స్: ఈ పదార్థాలు అధిక కుళ్ళిన ఉష్ణోగ్రతలు మరియు అధిక ఉష్ణ పరిస్థితులలో మెరుగైన అయానిక్ వ్యాప్తిని ప్రదర్శిస్తాయి.
పోలిక కోసం, ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థలు 80-120 ° C వద్ద క్షీణించడం ప్రారంభిస్తాయి, అంతర్గత షార్ట్ సర్క్యూట్లు మరియు థర్మల్ రన్అవేకి దారి తీస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, చాలా ఘన ఎలక్ట్రోలైట్లు 200°C కంటే స్థిరంగా ఉంటాయి, బ్యాటరీ అప్లికేషన్లలో శీతలీకరణ వ్యవస్థల అవసరాన్ని గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది.
2.3 ఫ్లెక్సిబుల్ బ్యాటరీ అసెంబ్లీ
సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు వినూత్న అంతర్గత సిరీస్ కనెక్షన్ డిజైన్‌లకు మద్దతు ఇస్తాయి, సిరీస్‌లోని బహుళ ద్రవ కణాలతో పోల్చదగిన అధిక సింగిల్-సెల్ వోల్టేజ్‌లను ప్రారంభించడం. ఇది ప్యాకేజింగ్ అవసరాలను తగ్గిస్తుంది మరియు అసెంబ్లీ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది.
3. సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీ టెక్నాలజీలో పురోగతి
3.1 ఘన ఎలక్ట్రోలైట్స్
ఘన-స్థితి బ్యాటరీల పనితీరుకు సాలిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్లు కీలకమైనవి. వివిధ రకాల మధ్య, మిశ్రమ ఘన ఎలక్ట్రోలైట్లు మరియు సల్ఫైడ్ ఎలక్ట్రోలైట్స్ వాణిజ్య అనువర్తనాలకు అత్యంత ఆశాజనకంగా ఉన్నాయి.
3.1.1 మిశ్రమ ఘన ఎలక్ట్రోలైట్లు
మిశ్రమ ఘన ఎలక్ట్రోలైట్లు సేంద్రీయ పాలిమర్ మాత్రికలను అకర్బన పూరకాలతో మిళితం చేస్తాయి, అధిక అయానిక్ వాహకత మరియు యాంత్రిక బలాన్ని సాధించడానికి రెండు భాగాల ప్రయోజనాలను పెంచడం.
- PEO-ఆధారిత ఎలక్ట్రోలైట్స్: పాలిథిలిన్ ఆక్సైడ్ (PEO) దాని అధిక విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం మరియు లిథియం-అయాన్ సాల్వేషన్ సామర్థ్యం కోసం విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడింది. అయితే, పాలిమర్ సెగ్మెంట్ చలనాన్ని మెరుగుపరచడానికి అకర్బన పూరకాలను జోడించడం ద్వారా గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద దాని పేలవమైన అయాన్ వాహకతను మెరుగుపరచవచ్చు.
- PVDF-HFP ఎలక్ట్రోలైట్స్: పాలీవినైలిడిన్ ఫ్లోరైడ్-హెక్సాఫ్లోరోప్రొపైలిన్ (PVDF-HFP) స్ఫటికాకారత తగ్గింపు ద్వారా అద్భుతమైన లిథియం ఉప్పు ద్రావణీయత మరియు మెరుగైన అయానిక్ వాహకతను అందిస్తుంది. అకర్బన పూరకాలు దాని యాంత్రిక లక్షణాలను మరింత మెరుగుపరుస్తాయి.
3.1.2 సల్ఫైడ్ సాలిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్స్
సల్ఫైడ్ ఆధారిత ఎలక్ట్రోలైట్స్, ఆక్సైడ్ల నుండి తీసుకోబడింది, ఆక్సిజన్‌ను సల్ఫర్‌తో భర్తీ చేయండి, లిథియం-అయాన్ బైండింగ్‌ను తగ్గించడం మరియు అయానిక్ రవాణా మార్గాలను విస్తరించడం. ఇది అయానిక్ కండక్టివిటీని ఎక్కువగా కలిగిస్తుంది, ఉష్ణ స్థిరత్వం, మరియు యాంత్రిక లక్షణాలు.
- సవాళ్లు: సల్ఫైడ్లు తేమకు చాలా సున్నితంగా ఉంటాయి, H₂S వాయువును ఉత్పత్తి చేయడానికి నీటితో చర్య జరుపుతుంది. దీనిని పరిష్కరించడానికి, పొడి వాతావరణంలో ఉత్పత్తి జరగాలి, లేదా స్థిరమైన ఆక్సైడ్లు తేమ నిరోధకతను మెరుగుపరచడానికి సల్ఫైడ్లను పాక్షికంగా భర్తీ చేయగలవు.
3.2 ఇంటర్ఫేస్ ఇంజనీరింగ్
సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలలోని ఇంటర్ఫేస్ సమస్యలు లిక్విడ్ బ్యాటరీలలోని వాటి నుండి గణనీయంగా భిన్నంగా ఉంటాయి, ఘన-ఘన ఇంటర్‌ఫేస్‌లు ఆధిపత్యం చెలాయిస్తాయి. సవాళ్లలో శారీరక సంబంధ సమస్యలు ఉన్నాయి, ఇంటర్ఫేషియల్ ప్రతిచర్యలు, మరియు పెరిగిన ఇంపెడెన్స్.
3.2.1 యానోడ్/ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్
లిక్విడ్ సిస్టమ్స్‌లో లిథియం మెటల్ యొక్క అధిక రియాక్టివిటీ భద్రతా సమస్యలను కలిగిస్తుంది. ఘన ఎలక్ట్రోలైట్లు ఈ సమస్యలను తగ్గిస్తాయి కానీ ఇంటర్ఫేషియల్ ఇంపెడెన్స్‌ను పరిచయం చేస్తాయి. ఇంటర్ఫేస్ పనితీరును మెరుగుపరచడానికి వ్యూహాలు ఉన్నాయి:
- మృదువైన పరిచయాన్ని ప్రారంభించడానికి మరియు ఇంపెడెన్స్‌ను తగ్గించడానికి పాలిమర్‌లు లేదా జెల్‌లను ఉపయోగించి సాగే ఇంటర్ఫేషియల్ లేయర్‌లను రూపొందించడం.
- ఉపాధి కల్పిస్తోంది ఇన్-సిటు పాలిమరైజేషన్ ఘన ఎలక్ట్రోడ్లు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ల మధ్య అతుకులు లేని ఇంటర్‌ఫేస్‌లను సృష్టించే పద్ధతులు.
3.2.2 కాథోడ్/ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్ఫేస్
అధిక సామర్థ్యం, అధిక-వోల్టేజ్ కాథోడ్‌లు తరచుగా ముఖ్యమైన ఇంటర్ఫేషియల్ ఇంపెడెన్స్ మరియు ఎలిమెంట్ డిఫ్యూజన్ వంటి సవాళ్లను ఎదుర్కొంటాయి. దీనిని పరిష్కరించడానికి, పరిశోధకులు ఉన్నారు:
- కాథోడ్-ఎలక్ట్రోలైట్ ఇంటర్‌ఫేస్‌ను స్థిరీకరించడానికి ఉపరితల మార్పులు మరియు సంకలనాలను ఉపయోగించడం.
- సమీకృత ఎలక్ట్రోడ్/ఎలక్ట్రోలైట్ నిర్మాణాల రూపకల్పన, కాథోడ్ పదార్థాలలోకి చొరబడే పోరస్ ఘన ఎలక్ట్రోలైట్స్ వంటివి.
4. ఆటోమోటివ్ సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీల యొక్క పారిశ్రామిక అప్లికేషన్లు
4.1 సెమీ-సాలిడ్ బ్యాటరీలు
సెమీ-సాలిడ్ బ్యాటరీలు ఇంటర్ఫేస్ ఇంపెడెన్స్‌ను తగ్గించడానికి ద్రవ ఎలక్ట్రోలైట్‌లను సాలిడ్-స్టేట్ సిస్టమ్‌లలోకి చేర్చుతాయి. ఉదాహరణకు, Weihong న్యూ ఎనర్జీ ఒక హైబ్రిడ్ ఘన-ద్రవ బ్యాటరీని అభివృద్ధి చేసింది 300 ఒక తో Wh/kg 42 ఆహ్ సామర్థ్యం, పైగా ప్రారంభించడం 500 NEVలలో కిమీ పరిధి.
4.2 పూర్తిగా సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు
ప్రముఖ పురోగతులు ఉన్నాయి:
- బొల్లోరే గ్రూప్: PEO-ఆధారిత సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలతో అభివృద్ధి చేయబడింది 200 చిన్న ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలకు Wh/kg శక్తి సాంద్రత.
- టయోటా: టార్గెట్ చేస్తోంది 800 సల్ఫైడ్ ఆధారిత సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలతో కిమీ పరిధి, ద్వారా వాణిజ్యీకరణ లక్ష్యంగా 2025.
- ప్రోలోజియం (తైవాన్): వరకు ఫ్లెక్సిబుల్ సాలిడ్-స్టేట్ బ్యాటరీలు సృష్టించబడ్డాయి 833 Wh/L వాల్యూమెట్రిక్ శక్తి సాంద్రత, NEV అప్లికేషన్లలో గణనీయమైన సామర్థ్య మెరుగుదలలను సాధించడం.
5. ముగింపు
ఈ వ్యాసం మిశ్రమ మరియు సల్ఫైడ్ ఘన ఎలక్ట్రోలైట్‌లను పోల్చింది, ఇంటర్ఫేస్ సవరణ వ్యూహాలను హైలైట్ చేస్తుంది, మరియు పారిశ్రామిక ప్రగతిని సమీక్షిస్తుంది. అధునాతన ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ల కలయిక, మెరుగైన ఇంటర్ఫేస్ ఇంజనీరింగ్, మరియు లిథియం మెటల్ రక్షణ ద్రవ మరియు సెమీ-సాలిడ్ బ్యాటరీల నుండి పూర్తిగా ఘన-స్థితి వ్యవస్థలకు పరివర్తనను అందిస్తుంది.
సాలిడ్-స్టేట్ టెక్నాలజీలో భవిష్యత్ పురోగతులు సురక్షితంగా సాధించడంలో కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి, తదుపరి తరం ఎలక్ట్రిక్ వాహనాల కోసం అధిక-పనితీరు గల బ్యాటరీలు.