Pramonės naujienos

Naujas jutiklis atskleidžia ličio jonų baterijas, kurios gali saugiai įkrauti 5 kartus greičiau

2021-06-16
TEMOS:
Baterijų technologija, medžiagų mokslas, atsinaujinanti energija, tvarumas, Varviko universitetas, ličio jonų baterijos
LISA BARWICK, WARWICK UNIVERSITETAS, 2018 M. VASARIO 18 D.



Tai ličio baterijos temperatūros jutiklis. WMG, Varviko universitetas

Warwick universiteto WMG tyrėjai sukūrė naują tiesioginį, tikslų ličio jonų akumuliatorių vidinės temperatūros ir jų elektrodų potencialo testą ir nustatė, kad baterijas galima saugiai įkrauti iki penkių kartų greičiau nei rekomenduojamos įkrovos ribos. Naujoji technologija veikia vietoje, kai akumuliatorius veikia normaliai, ir tai nekenkia jo veikimui, ir buvo išbandyta naudojant standartines prekyboje esančias baterijas. Tokia nauja technologija leis pasiekti pažangą akumuliatorių medžiagų moksle, lanksčius akumuliatorių įkrovimo rodiklius, naujų baterijų medžiagų/technologijų šiluminę ir elektros inžineriją ir gali padėti sukurti energijos kaupimo sistemas, skirtas didelio našumo programoms, tokioms kaip automobilių lenktynės ir tinklų balansavimas .

Jei akumuliatorius perkaista, gali kilti rimtų pažeidimų, ypač jo elektrolito, ir netgi gali kilti pavojingų situacijų, kai elektrolitas suskaidomas ir susidaro dujos, kurios yra degios ir sukelia didelį slėgio padidėjimą. Per didelis anodo įkrovimas gali sukelti tiek daug ličio galvanizavimo, kad susidaro metaliniai dendritai ir galiausiai pradurtas separatorius, dėl kurio susidaro vidinis trumpasis jungimas su katodu ir vėliau katastrofiškas gedimas.

Siekdami to išvengti, gamintojai nustato maksimalų akumuliatorių įkrovimo greitį arba intensyvumą, atsižvelgdami į, jų manymu, esminę temperatūrą ir galimus lygius. Tačiau iki šiol akumuliatoriaus vidinis temperatūros bandymas (ir duomenų apie kiekvieno elektrodo potencialą gavimas) buvo neįmanomas arba nepraktiškas, tačiau neturėjo didelės įtakos baterijų veikimui.
Gamintojai turėjo pasikliauti ribota išorine įranga. Akivaizdu, kad šis metodas negali pateikti tikslių rodmenų, dėl kurių gamintojai nustatė labai konservatyvias maksimalaus įkrovimo greičio ar intensyvumo ribas, kad akumuliatorius nebūtų pažeistas arba blogiausiu atveju patirtų katastrofišką gedimą.

Tačiau Warwick universiteto WMG tyrėjai sukūrė naują metodų spektrą, kuris leidžia tiesiogiai, labai tiksliai stebėti įvairių formų ir paskirties ličio jonų baterijų vidinę temperatūrą ir „elektrodo būklę“. Šiuos metodus galima naudoti įprasto akumuliatoriaus veikimo metu, netrukdant jo veikimui, ir jis buvo išbandytas su komerciškai prieinamomis automobilių klasės baterijomis. Tokiais metodais gauti duomenys yra daug tikslesni nei išoriniai jutikliai, o WMG sugebėjo įsitikinti, kad šiandien parduodamos ličio baterijos gali būti įkraunamos bent penkis kartus greičiau nei dabartinės rekomenduojamos maksimalios įkrovos normos.

WMG tyrėjai šį mėnesį (2018 m. Vasario mėn.) Paskelbė savo tyrimą prestižiniame? žurnale „Electrochimica Acta“, paskelbtame dokumente „Greito įkrovimo ribų supratimas naudojant 18650 didelės energijos ličio jonų elementus, turinčius prekybą.“

Dr Tazdin Amietszajew, WMG tyrėjas, vadovavęs šiam tyrimui, sakė:

„Tai galėtų atnešti didžiulės naudos tokioms sritims kaip automobilių lenktynės, kurios gautų akivaizdžią naudą, jei galėtų peržengti našumo ribas, tačiau taip pat sukuria dideles galimybes vartotojams ir energijos kaupimo tiekėjams. Greitesnis įkrovimas, kaip visada, yra bendro akumuliatoriaus tarnavimo laiko sąskaita, tačiau daugelis vartotojų džiaugtųsi galimybe greitai įkrauti transporto priemonės akumuliatorių, kai reikia trumpos kelionės trukmės, ir kitu laiku pereiti prie standartinio įkrovimo laikotarpio. Turint tokį lankstumą apmokestinimo strategijose, vartotojai galėtų pasinaudoti finansinėmis paskatomis iš elektros energijos bendrovių, siekiančių subalansuoti tiekimą į tinklą, naudojant prie tinklo prijungtas transporto priemones. “

„Šią technologiją jau galima pritaikyti komerciniams akumuliatoriams, tačiau turėtume užtikrinti, kad transporto priemonių akumuliatorių valdymo sistemos ir elektrinių transporto priemonių infrastruktūra galėtų pritaikyti įvairius įkrovimo rodiklius, kurie apimtų šiuos naujus tiksliai suderinti profiliai/ribosâ €

Technologija, kurią WMG tyrėjai sukūrė šiam naujam tiesioginiam in situ akumuliatoriaus jutikliui, naudoja miniatiūrinius etaloninius elektrodus ir pluoštines Bragg groteles (FBG), sriegiuotas per specialų apsaugos nuo įtempimo sluoksnį. Ant pluošto buvo uždėta išorinė fluorinto etileno propileno (FEP) oda, papildomai chemiškai apsaugota nuo korozinio elektrolito. Rezultatas yra prietaisas, kuris gali tiesiogiai liestis su visomis pagrindinėmis akumuliatoriaus dalimis ir atlaikyti elektrinį, cheminį ir mechaninį įtempį, patiriamą veikiant baterijoms, tuo pačiu užtikrinant tikslius temperatūros ir galimų rodmenų rodmenis.

WMG docentas dr. Rohitas Bhagatas, kuris taip pat buvo vienas šio straipsnio tyrinėtojų, sakė:

„Šis metodas suteikė mums naują prietaisų dizainą, skirtą naudoti komercinėse 18650“ ląstelėse, kurios sumažina neigiamus ir anksčiau neišvengiamus ląstelių geometrijos pokyčius. Įrenginyje buvo in situ etaloninis elektrodas kartu su optinio pluošto temperatūros jutikliu. Esame įsitikinę, kad panašūs metodai taip pat gali būti sukurti naudoti maišelių ląstelėse. “

„Mūsų WMG tyrimų grupė rengia daugybę technologinių šios problemos sprendimų, ir tai tik pirmasis, kurį paskelbėme. Tikimės per ateinančius metus paskelbti savo darbą, susijusį su kitais novatoriškais būdais sprendžiant šį iššūkį. “

Leidinys: Tazdin Amietszajew ir kt., „Greito įkrovimo ribų supratimas naudojant prekybinius 18650 didelės energijos ličio jonų elementus“, „Electrochimica Acta“, 263 tomas, 2018 m. Vasario 10 d., Puslapiai 346–352; doi: 10.1016/j.electacta.2018.01.076