خلاصون
د لیتیم آئن بیټرۍ (LIBs) د انرژي ذخیره کولو یو له خورا مهم ټیکنالوژیو څخه شمیرل کیږي.لکه څنګه چې د بیټرۍ انرژي کثافت ډیریږي ، د بیټرۍ خوندیتوب حتی خورا مهم کیږي که چیرې انرژي په غیر ارادي ډول خوشې شي.د LIBs د اورونو او چاودنو پورې اړوند پیښې په ټوله نړۍ کې ډیری وختونه پیښیږي.ځینې یې د انسان ژوند او روغتیا ته جدي ګواښونه رامینځته کړي او د تولید کونکو لخوا د ډیری محصولاتو یادولو لامل شوي.دا پیښې یادونه کوي چې خوندیتوب د بیټرۍ لپاره یو شرط دی، او جدي مسلې باید د لوړې انرژي بیټرۍ سیسټمونو راتلونکي غوښتنلیک دمخه حل شي.د دې بیاکتنې موخه دا ده چې د LIB خوندیتوب مسلو د اصلي بنسټونو لنډیز وړاندې کړي او د LIB خوندیتوب ښه کولو لپاره د موادو ډیزاین کې وروستي کلیدي پرمختګونه روښانه کړي.موږ اټکل کوو چې دا بیاکتنه به د بیټرۍ خوندیتوب کې نور پرمختګ ته الهام ورکړي، په ځانګړې توګه د لوړ انرژی کثافت سره د راڅرګندیدونکي LIBs لپاره.
د LIB د خوندیتوب مسلو اصلیت
د LIBs دننه عضوي مایع الکترولیټ په داخلي توګه د اور وړ وړ دی.د LIB سیسټم یو له خورا ویجاړونکي ناکامۍ څخه د تودوخې تیښتې پیښه ده، کوم چې د بیټرۍ خوندیتوب اندیښنو اصلي لامل ګڼل کیږي.په عموم کې، د تودوخې تیښته هغه وخت پیښیږي کله چې یو خارجي غبرګون د کنټرول څخه بهر وي.لکه څنګه چې د بیټرۍ تودوخه د ~ 80 درجې سانتي ګراد څخه پورته کیږي، د بیټرۍ دننه د خارجي کیمیاوي تعامل کچه لوړیږي او حجره نوره تودوخه کوي، په پایله کې د مثبت فیډبیک دورې په پایله کې.په دوامداره توګه د تودوخې لوړیدل ممکن د اور او چاودنو پایله وي، په ځانګړې توګه د لوی بیټرۍ کڅوړو لپاره.له همدې امله، د حرارتي تیښتې د لاملونو او پروسو پوهیدل کولی شي د LIBs خوندیتوب او اعتبار ته وده ورکولو لپاره د فعال موادو ډیزاین لارښود کړي.د تودوخې تیښتې پروسه په دریو مرحلو ویشل کیدی شي، لکه څنګه چې لنډیز شویانځور 1.
شکل 1 د تودوخې تیښتې پروسې لپاره درې مرحلې.
مرحله 1: د ډیر تودوخې پیل.بیټرۍ د نورمال څخه غیر معمولي حالت ته بدلیږي، او د داخلي تودوخې لوړیدل پیل کیږي.مرحله 2: د تودوخې راټولول او د ګاز خوشې کولو پروسه.داخلي تودوخه په چټکۍ سره لوړیږي، او بیټرۍ د خارجي حرارتي عکس العملونو څخه تیریږي.دریمه مرحله: احتراق او چاودنه.د اور وړ الکترولیت احتراق کوي چې د اور او حتی چاودنو لامل کیږي.
د ډیر تودوخې پیل (پړاو 1)
حرارتي تیښته د بیټرۍ سیسټم له ډیر تودوخې څخه پیل کیږي.ابتدايي ډیر تودوخه کیدای شي د بیټرۍ د ډیزاین شوي ولتاژ (زیات چارج کولو) څخه هاخوا د چارج کیدو په پایله کې رامینځته شي ، د ډیر تودوخې سره مخ کیدل ، د غلط تارونو له امله بهرني شارټ سرکټونه ، یا د حجرو نیمګړتیاو له امله داخلي شارټ سرکټونه.د دوی په منځ کې، داخلي لنډوالی د حرارتي تیښتې اصلي لامل دی او کنټرول یې نسبتا سخت دی.داخلي لنډوالی کیدای شي د حجرو د تخریب په شرایطو کې واقع شي لکه د خارجي فلزي کثافاتو ننوتل؛د موټر ټکر؛د لیتیم ډینډرایټ جوړښت د لوړ اوسني کثافت چارج لاندې ، د ډیر چارج کولو شرایطو لاندې یا په ټیټ حرارت کې؛او د بیټرۍ اسمبلۍ په جریان کې نیمګړتیاوې جلا کونکي رامینځته شوي ، د څو نومونو لپاره.د مثال په توګه، د 2013 کال د اکتوبر په لومړیو کې، سیټل ته نږدې د ټیسلا موټر د فلزي کثافاتو سره ټکر وکړ چې شیلډ او د بیټرۍ کڅوړه یې سور کړه.کثافات د پولیمر جلا کونکو ته ننوتي او په مستقیم ډول کیتوډ او انود سره وصل شوي، چې د بیټرۍ د شارټ سرکټ او اور د نیولو لامل کیږي؛په 2016 کې، د سامسنګ نوټ 7 د بیټرۍ سوځیدل د جارحانه ډول الټراټین جلا کونکي له امله وو چې په اسانۍ سره د بهرني فشار یا په مثبت الکتروډ کې د ویلډینګ burrs لخوا زیانمن شوي، چې د بیټرۍ د شارټ سرکټ سبب کیږي.
د 1 مرحلې په جریان کې، د بیټرۍ عملیات له نورمال څخه غیر معمولي حالت ته بدلیږي، او پورته لیست شوي ټولې مسلې به د بیټرۍ د ډیر تودوخې لامل شي.کله چې د داخلي تودوخې زیاتوالی پیل شي، مرحله 1 پای ته رسیږي او مرحله 2 پیل کیږي.
د تودوخې جمع او د ګاز خوشې کولو پروسه (دوهمه مرحله)
لکه څنګه چې مرحله 2 پیل کیږي، داخلي تودوخه په چټکۍ سره لوړیږي، او بیټرۍ لاندې عکس العملونه ترسره کوي (دا عکس العمل په دقیق ترتیب کې نه واقع کیږي؛ ځینې یې ممکن په یو وخت کې واقع شي):
(1) د ډیر تودوخې یا فزیکي ننوتلو له امله د سالډ الیکټرولایټ انټرفیس (SEI) تخریب.د SEI طبقه په عمده ډول د ثبات لرونکي (لکه LiF او Li2CO3) او میټاسټیبل [لکه پولیمر، ROCO2Li، (CH2OCO2Li)2، او ROLi] اجزا لري.په هرصورت، د میټاسټایبل اجزا کولی شي په شاوخوا 90 ° C کې په خارجي تودوخې تخریب شي، د اور وژنې ګازونه او اکسیجن خوشې کوي.د مثال په توګه (CH2OCO2Li)2 واخلئ
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0.5O2
(2) د SEI په تخریب سره، د تودوخې درجه لوړیږي، او د لیتیم فلز یا په انود کې د انټرکلیټ لیتیم به په الکترولیټ کې د عضوي محلولونو سره عکس العمل وکړي، د سوځیدونکي هایدروکاربن ګازونه (ایتان، میتان، او نور) خوشې کړي.دا یو exothermic غبرګون دی چې د تودوخې درجه نوره هم پورته کوي.
(۳) کلهT> ~ 130 ° C، د پولی ایتلین (PE)/پولی پروپیلین (PP) جلا کوونکی په خړوبولو پیل کوي، کوم چې وضعیت نور هم خرابوي او د کیتوډ او انود ترمنځ د لنډ سرکټ سبب ګرځي.
(۴) په نهایت کې، تودوخه د لیتیم فلزي اکسایډ کیتوډ موادو د تخریب لامل کیږي او د اکسیجن خوشې کیدو لامل کیږي.د مثال په توګه LiCoO2 واخلئ، کوم چې کولی شي په لاندې ډول په ~180°C کې پیل شي
د کیتوډ ماتول هم خورا ډیر exothermic دی، د تودوخې او فشار زیاتوالی او په پایله کې، د عکس العملونو چټکتیا.
د 2 مرحلې په جریان کې، تودوخه لوړیږي او اکسیجن د بیټرۍ دننه راټولیږي.د تودوخې تیښتې پروسه له 2 مرحلې څخه 3 مرحلې ته ځي کله چې د بیټرۍ احتراق لپاره کافي اکسیجن او تودوخه راټول شي.
احتراق او چاودنه (دریمه مرحله)
په 3 مرحله کې، احتراق پیل کیږي.د LIBs الکترولیتونه عضوي دي، کوم چې تقریبا د سایکلیک او خطي الکیل کاربونیټ نړیوال ترکیبونه دي.دوی لوړ بې ثباتي لري او په داخلي توګه خورا د اور وړونکي دي.د مثال په توګه د مشهور کارول شوي کاربونیټ الیکټرولایټ [د ایتیلین کاربونیټ (EC) مخلوط + ډیمیتیل کاربونیټ (DMC) (1: 1 د وزن له مخې)] اخیستل د خونې په تودوخې کې د 4.8 kPa بخار فشار او خورا ټیټ فلش نقطه ښیې. د 25° ± 1°C د 1.013 بار د هوا فشار کې.په 2 مرحله کې خوشې شوي اکسیجن او تودوخه د سوځیدونکي عضوي الکترولیتونو احتراق لپاره اړین شرایط چمتو کوي چې په دې توګه د اور یا چاودنې خطرونه رامینځته کوي.
په 2 او 3 پړاوونو کې، exothermic تعاملات د نږدې adiabatic شرایطو لاندې واقع کیږي.په دې توګه، د ګړندۍ نرخ کالوریمیټری (ARC) په پراخه کچه کارول شوی تخنیک دی چې د LIBs دننه چاپیریال تقلید کوي، کوم چې زموږ د تودوخې تیښتې غبرګون کایناتیک پوهه اسانه کوي.انځور 2د تودوخې ناوړه ګټه اخیستنې ازموینې په جریان کې ثبت شوي د LIB ځانګړی ARC وکر ښیې.په 2 مرحلې کې د تودوخې د زیاتوالي انډول کول، د تودوخې بهرنۍ سرچینه د بیټرۍ تودوخه د پیل تودوخې ته لوړوي.د دې تودوخې څخه پورته، SEI تخریب کیږي، کوم چې به نور خارجي کیمیاوي تعاملات رامینځته کړي.په پای کې، جلا کوونکی به وچ شي.د ځان د تودوخې کچه به وروسته لوړه شي، چې د حرارتي تیښتې لامل کیږي (کله چې د ځان تودوخې کچه> 10 درجې C/min وي) او د الکترولیټ احتراق (درې مرحله).
انوډ میسوکاربن مایکروبیډ ګرافائٹ دی.کیتوډ LiNi0.8Co0.05Al0.05O2 دی.الکترولیت په EC/PC/DMC کې 1.2 M LiPF6 دی.د سیلګارډ 2325 درې اړخیز جلا کونکی کارول شوی و.د الیکټرو کیمیکل سوسائټي شرکت په اجازې سره تطبیق شوی.
دا باید په پام کې ونیول شي چې پورته ښودل شوي عکس العملونه په ترتیب سره یو له بل وروسته په کلکه نه پیښیږي.دا، بلکه، پیچلې او سیسټمیکې مسلې دي.
مواد د بیټرۍ د ښه خوندیتوب سره
د بیټرۍ د تودوخې چلولو د پوهیدو پراساس، د بیټرۍ اجزاو د منطقي ډیزاین له لارې د خوندیتوب خطرونو کمولو په هدف، ډیری طریقې مطالعه کیږي.په راتلونکو برخو کې، موږ د بیټرۍ خوندیتوب ښه کولو لپاره د مختلفو موادو طریقې لنډیز کوو، د مختلفو تودوخې تیښتې مرحلو سره ورته ستونزې حل کول.
په لومړۍ مرحله کې د ستونزو د حل لپاره (د ډیر تودوخې پیل)
د باور وړ anode مواد.د LIB په انود کې د لی ډینډرایټ جوړښت د تودوخې تیښتې لومړۍ مرحله پیلوي.که څه هم دا مسله د سوداګریزو LIBs په anodes کې کمه شوې ده (د بیلګې په توګه، کاربوناسیوس anodes)، د لی ډینډرایټ جوړښت په بشپړه توګه نه دی منع شوی.د مثال په توګه، په تجارتي LIBs کې، د ډینډرایټ زیرمه په غوره توګه د ګرافائٹ الکترود څنډو کې واقع کیږي که چیرې انودونه او کیتوډونه ښه جوړه نه وي.برسېره پردې، د LIBs ناسم عملیاتي شرایط هم کولی شي د ډینډرایټ وده سره د لی فلز ذخیره کولو پایله ولري.دا ښه معلومه ده چې ډینډرایټ په اسانۍ سره رامینځته کیدی شي که چیرې بیټرۍ چارج شي (i) په لوړ اوسني کثافت کې چیرې چې د لی فلز زیرمه په بلک ګرافیټ کې د لی آئنونو د خپریدو په پرتله ګړندی وي؛(ii) د ډیر چارج کولو شرایطو لاندې کله چې ګرافیټ ډیریږي؛او (iii) په ټیټه تودوخه کې [د مثال په توګه، د ځمکې لاندې تودوخې (~0 °C)]، د مایع الکترولیت د زیاتوالي او د لی-آون د خپریدو مقاومت د زیاتوالي له امله.
د موادو د ملکیتونو له نظره، هغه ریښه چې په انود کې د لی ډینډرایټ وده پیل کوي بې ثباته او غیر یونیفورم SEI دی، کوم چې د غیر مساوي محلي اوسني ویش لامل کیږي.د الیکټرولیټ اجزاو په ځانګړي توګه اضافه کونکي د SEI یونیفورم ښه کولو او د لی ډینډرایټ جوړښت له مینځه وړو لپاره تحقیق شوي.په عادي اضافو کې غیر عضوي مرکبات شامل دي [د مثال په توګه، CO2، LiI، او نور.] او هغه عضوي مرکبات چې غیر مشبوع کاربن بانډونه لري لکه وینیلین کاربونیټ او میلیمایډ اضافه کول؛بې ثباته سایکلیک مالیکولونه لکه بټیرولاکټون، ایتیلین سلفیټ، او د هغوی مشتق؛او فلورین شوي مرکبات لکه فلورویتلین کاربونیټ، د نورو په منځ کې.حتی د ملیون برخې برخې په کچه، دا مالیکولونه لاهم کولی شي د SEI مورفولوژي ته وده ورکړي، په دې توګه د لی آیون فلکس همغږي کول او د لی ډینډرایټ رامینځته کیدو احتمال له مینځه وړي.
په ټولیز ډول، د لی ډینډرایټ ننګونې لاهم په ګرافیت یا کاربوناسیوس انودونو او سیلیکون/SiO کې شتون لري چې د راتلونکي نسل انودونه لري.د لی ډینډرایټ ودې مسلې حل کول یوه ننګونه ده چې په نږدې راتلونکي کې د لوړ انرژي کثافت لی-آین کیمیاوي موافقت لپاره خورا مهم دی.دا باید په پام کې ونیول شي چې په دې وروستیو کې، د لی ډینډرایټ په خالص لی فلز انوډونو کې د لی ډینډرایټ رامینځته کیدو مسله حل کولو لپاره د پام وړ هڅې وقف شوي دي چې د لی ذخیره کولو پرمهال د لی آئن فلکس همغږي کولو سره؛د مثال په توګه، د محافظتي پرت پوښل، مصنوعي SEI انجنیري، او داسې نور. پدې اړخ کې، ځینې میتودونه ممکن په LIBs کې د کاربوناسیوس انودونو مسله حل کولو څرنګوالي په اړه رڼا واچوي.
څو اړخیزه مایع الکترولیتونه او جلا کونکي.مایع الکترولیت او جلا کوونکی په فزیکي توګه د لوړې انرژي کیتوډ او انود جلا کولو کې کلیدي رول لوبوي.په دې توګه، ښه ډیزاین شوي څو اړخیزه الیکټرولایټونه او جلا کونکي کولی شي د بیټرۍ د حرارتي تیښتې په لومړیو مرحلو کې د بیټرۍ ساتنه د پام وړ خوندي کړي (پړاو 1).
د میخانیکي کرشنګ څخه د بیټرۍ د ساتنې لپاره، د کاربونیټ الیکټرولایټ (1 M LiFP6 په EC/DMC کې) کې د فومډ سیلیکا ساده اضافه کولو سره د شین ضخامت مایع الیکٹرولیټ ترلاسه شوی.د میخانیکي فشار یا اغیزې په وخت کې، مایع د ویسکوسیت د زیاتوالي سره د وریځو ضخامت اغیز ښیې، له دې امله د اغیزې انرژي ضایع کوي او د کرش کولو لپاره زغم څرګندوي (انځور 3A)
شکل 3 ستراتیژۍ په 1 مرحله کې د مسلو حل کولو لپاره.
(الف) د وریښمو ضخامت الکترولیت.پورته: د نورمال الکترولیت لپاره، میخانیکي اغیزه کولی شي د بیټرۍ داخلي لنډوالي لامل شي، چې د اور او چاودنو لامل کیږي.لاندې: ناول سمارټ الیکټرولایټ د فشار یا اغیز لاندې د شین ضخامت تاثیر سره د کرش کولو لپاره عالي زغم څرګندوي ، کوم چې کولی شي د بیټرۍ میخانیکي خوندیتوب د پام وړ ښه کړي.(ب) د لیتیم ډینډریټس د ژر کشف لپاره دوه اړخیز جلا کونکي.د ډینډرایټ جوړښت په دودیز لیتیم بیټرۍ کې ، چیرې چې د لیتیم ډینډرایټ لخوا د جلا کونکي بشپړ ننوتل یوازې هغه وخت کشف کیږي کله چې بیټرۍ د داخلي شارټ سرکټ له امله ناکامه شي.په پرتله کولو کې، د لیتیم بیټرۍ د دوه اړخیز جلا کونکي سره (د دوه دودیزو جلا کونکو ترمنځ د کنډک کولو پرت څخه جوړه شوې ده)، چیرته چې ډیر لوی لیتیم ډینډرایټ جلا کونکي ته ننوځي او د مسو د مسو پرت سره اړیکه نیسي، چې په پایله کې یې کمیږي.VCu−Li، کوم چې د داخلي شارټ سرکټ له امله د راتلونکي ناکامۍ د خبرتیا په توګه کار کوي.په هرصورت، بشپړ بیټرۍ د غیر صفر احتمال سره په خوندي توګه کار کوي.(A) او (B) د پسرلي فطرت په اجازې سره تطبیق شوي یا بیا تولید شوي.(C) د خطرناک لی ډینډریټس مصرف کولو او د بیټرۍ ژوند اوږدولو لپاره د درې اړخیز جلا کونکی.کیڼ اړخ: لیتیم انوډونه په اسانۍ سره د ډینډریټیک زیرمې رامینځته کولی شي ، کوم چې په تدریجي ډول لوی کیدی شي او غیر فعال پولیمر جلا کونکي ته ننوځي.کله چې ډینډریټس په پای کې کیتوډ او انود سره وصل کړي، بیټرۍ لنډ سرکټ کیږي او ناکامیږي.ښي: د سیلیکا نانو ذراتو یوه طبقه د سوداګریزو پولیمر جلا کونکو دوه پرتونو لخوا سینڈوچ شوې.له همدې امله، کله چې لیتیم ډینډریټونه وده کوي او جلا کونکي ته ننوځي، دوی به د سیلیکا نانو ذرات سره په سینڈوچ شوي طبقه کې اړیکه ونیسي او په بریښنایی کیمیک ډول مصرف شي.(D) د سیلیکا نانو پارټیکل سینڈوچ شوي جلا کونکي الیکټران مایکروسکوپي (SEM) عکس سکین کول.(E) د دودیز جلا کونکي (سرخ منحل) سره د لی / لی بیټرۍ د وخت پروفایل په مقابل کې عادي ولتاژ او د سیلیکا نانو پارټیکل سینڈوچ شوي ټری لییر جلا کونکي (تور منحنی) په ورته شرایطو کې ازمول شوي.(C)، (D)، او (E) د جان ویلی او سنز په اجازې سره بیا تولید شوي.(F) د ریډکس شټل اضافه کولو میکانیزمونو سکیماتیک توضیحات.په ډیر چارج شوي کیتوډ سطحه، د ریډکس اضافه کونکي په شکل [O] ته اکسیډیز کیږي، کوم چې وروسته به د انود په سطحه کې د الکترولیت له لارې د خپریدو په واسطه بیرته خپل اصلي حالت [R] ته راټیټ شي.د اکسیډیشن - ډیفیوژن - کمولو - خپریدو الیکټرو کیمیکل دوره د نامعلوم وخت لپاره ساتل کیدی شي او له همدې امله د خطرناک ډیر چارج کولو څخه د کیتوډ ظرفیت بندوي.(G) د redox shuttle additives عادي کیمیاوي جوړښتونه.(H) د اوورچارج اضافه کولو بندولو میکانیزم چې کولی شي په لوړ ظرفیت کې په الیکټرو کیمیک ډول پولیمریز کړي.(I) د بند اضافي کیمیاوي جوړښتونو اضافي چارج اضافه کول.د اضافه کولو کاري ظرفیتونه د هر مالیکولر جوړښت لاندې په (G)، (H)، او (I) کې لیست شوي.
جلا کونکي کولی شي په بریښنایی ډول کیتوډ او انود انسول کړي او په وضعیت کې د بیټرۍ روغتیا حالت څارنه کې مهم رول ولوبوي ترڅو په تیرو مرحلو کې د نور خرابیدو مخه ونیسي. د مثال په توګه ، د پولیمر فلز - پولیمر ټری لییر ترتیب سره "دوه اړخیز جلا کونکی" (انځور 3B) کولی شي د ولتاژ احساس کولو نوی فعالیت چمتو کړي.کله چې ډینډرایټ وده وکړي او مینځنۍ طبقې ته ورسیږي، دا به د فلزي طبقه او انود سره وصل کړي چې د دوی ترمنځ د ولتاژ ناڅاپي کمښت سمدلاسه د محصول په توګه کشف کیدی شي.
د کشف سربیره، د درې اړخیزه جلا کوونکی ډیزاین شوی ترڅو خطرناک لی ډینډریټس مصرف کړي او د جلا کونکي ته د ننوتلو وروسته د دوی وده ورو کړي.د سیلیکا نانو ذرات یوه طبقه، د سوداګریزو پولیولفین جلا کونکو دوه پرتونو پواسطه سینڈوچ شوی (انځور 3, C او D)، کولی شي هر ډول خطرناک لی ډینډریټس مصرف کړي، په دې توګه په اغیزمنه توګه د بیټرۍ خوندیتوب ته وده ورکوي.د محافظت شوي بیټرۍ ژوند د دودیز جلا کونکو په پرتله نږدې پنځه ځله د پام وړ وغځول شو (انځور 3E).
د ډیر چارج کولو محافظت.ډیر چارج کول د دې ډیزاین شوي ولتاژ هاخوا د بیټرۍ چارج کولو په توګه تعریف شوي.ډیر چارج کول کیدی شي د لوړ ځانګړي اوسني کثافتونو، د تیري چارج پروفایلونو او داسې نورو لخوا رامینځته شي، کوم چې کولی شي یو لړ ستونزې رامینځته کړي، پشمول د (i) په انود کې د لی فلز ذخیره کول، چې د بیټرۍ الیکټرو کیمیکل فعالیت او خوندیتوب په جدي توګه اغیزه کوي؛(ii) د کیتوډ موادو تخریب، د اکسیجن خوشې کول؛او (iii) د عضوي الکترولیت تخریب، د تودوخې او ګازي محصولاتو خوشې کول (H2، هایدرو کاربن، CO، او نور)، کوم چې د تودوخې تیښتې لپاره مسؤل دي.د تخریب په جریان کې الکترو کیمیکل تعاملات پیچلي دي، چې ځینې یې په لاندې ډول لیست شوي دي.
ستوری (*) دا په ګوته کوي چې د هایدروجن ګاز د پروټیک څخه سرچینه اخلي، په کیتوډ کې د کاربونیټ اکسیډیشن په جریان کې تولید شوي ګروپونه پریږدي، چې بیا وروسته انود ته خپریږي ترڅو کم شي او H2 تولید کړي.
د دوی په دندو کې د توپیرونو پراساس ، د اضافي چارج محافظت اضافه کونکي د ریډکس شټل اضافه کونکو او د بند اضافه کولو په توګه طبقه بندي کیدی شي.پخوانی حجره په بدلیدونکي ډول د اضافي چارج څخه ساتي ، پداسې حال کې چې وروستی د تل لپاره د حجرو عملیات پای ته رسوي.
د ریډکس شټل اضافه کونکي په بریښنایی کیمیک ډول په بیټرۍ کې انجیکشن شوي اضافي چارج شنټ کولو سره کار کوي کله چې ډیر چارج کیږي.لکه څنګه چې ښودل شويانځور 3F، میکانیزم د ریډکس اضافه کولو پراساس دی چې د اکسیډیشن احتمال لري د الکترولیټ انودیک تخریب په پرتله لږ څه ټیټ وي.د ډیر چارج شوي کیتوډ سطح کې، د ریډکس اضافه کونکي شکل [O] ته اکسیډیز کیږي، چې وروسته به د الیکټرولیټ له لارې د انډول کولو وروسته د انود په سطح کې بیرته خپل اصلي حالت [R] ته راټیټ شي.وروسته، کم شوی اضافه کولی شي بیرته کیتوډ ته توزیع کړي، او د "اکسیډیشن - ډیفیوژن - کمولو - توزیع" الیکرو کیمیکل دوره د نامعلوم وخت لپاره ساتل کیدی شي او له همدې امله د کیتوډ احتمال د نور خطرناک ډیر چارج کولو څخه بندوي.مطالعاتو ښودلې چې د اضافې ریډکس ظرفیت باید د کیتوډ له ظرفیت څخه 0.3 څخه تر 0.4 V پورې لوړ وي.
د ښه تنظیم شوي کیمیاوي جوړښتونو او ریډکس پوټینشنونو سره د اضافه کولو لړۍ رامینځته شوې ، پشمول د ارګانومیټالیک میټالوسینز ، فینوتیازینز ، ټریفینیلامینز ، ډیمیتوکسیبینزینز او د دوی مشتقات ، او 2- (پینټافلوروفینیل) - tetrafluoro-1,3,2-benzodioxa (benzodioxa)انځور 3G).د مالیکولر جوړښتونو په ګنډلو سره، د اضافي اکسیډیشن پوټینشنونه د 4 V څخه پورته پورته کیدی شي، کوم چې د ګړندۍ پراختیا لوړ ولتاژ کیتوډ موادو او الکترولیتونو لپاره مناسب دی.د ډیزاین اساسی اصول د بریښنایی وتلو بدیلونو اضافه کولو له لارې د اضافه کولو ترټولو لوړ اشغال شوي مالیکولر مدار کمول شامل دي ، چې د اکسیډریشن احتمال ډیروالي لامل کیږي.د عضوي اضافه کولو سربیره، ځینې غیر عضوي مالګې، چې نه یوازې د الکترولیت مالګې په توګه کار کولی شي، بلکې د ریډکس شټل په توګه هم کار کولی شي، لکه د پرفلووروبورین کلستر مالګې [یعنې د لیتیم فلوروډوډیکابوریټس (Li2B12F)xH12-x)]، د موثر ریډکس شټل اضافه کونکي هم موندل شوي.
د شټ ډاون اوور چارج اضافه کونکي د نه بدلیدونکي اضافي چارج محافظت اضافه کولو ټولګي دي.دوی یا په لوړ ظرفیت کې د ګاز خوشې کولو له لارې فعالیت کوي، چې په پایله کې، د اوسني مداخله کونکي وسیله فعالوي، یا په دایمي توګه د بریښنایی کیمیاوي پلوه په لوړ ظرفیتونو کې د پولیمر کولو له لارې د بیټرۍ عملیات پای ته رسولو دمخه د ناورین پایلې رامینځته کیږي (انځور 3H).د پخوانیو مثالونو کې xylene، cyclohexylbenzene، او biphenyl شامل دي، په داسې حال کې چې د وروستي مثالونو کې بایفینیل او نور بدیل شوي اروماتیک مرکبات شامل دي (انځور 3I).د بند اضافه کولو منفي اغیزې لاهم د LIBs اوږدمهاله عملیات او ذخیره کولو فعالیت دی ځکه چې د دې مرکباتو نه بدلیدونکي اکسیډریشن له امله.
په 2 مرحله کې د ستونزو حل کولو لپاره (د تودوخې راټولول او د ګاز خوشې کولو پروسه)
د باور وړ کیتوډ توکي.د لیتیم لیږد فلزي اکسایدونه، لکه پرت لرونکي اکسایډونه LiCoO2، LiNiO2، او LiMnO2؛د سپنیل ډوله اکساید LiM2O4؛او د پولیانیون ډول LiFePO4، په مشهوره توګه کارول شوي کاتوډ مواد دي، چې په هرصورت، د خوندیتوب مسلې لري په ځانګړې توګه په لوړه تودوخه کې.د دوی په منځ کې، د زیتون جوړښت LiFePO4 نسبتا خوندي دی، کوم چې تر 400 سانتي ګراد پورې ثبات لري، پداسې حال کې چې LiCoO2 په 250 سانتي ګراد کې تخریب پیل کوي.د LiFePO4 د ښه خوندیتوب دلیل دا دی چې د اکسیجن ټول آیونونه د P5+ سره قوي covalent بانډونه جوړوي ترڅو PO43− tetrahedral polyanions جوړوي، کوم چې ټول درې اړخیز چوکاټ ثبات کوي او د نورو کیتوډ موادو په پرتله ښه ثبات چمتو کوي، که څه هم لاهم شتون لري. د بیټرۍ د اور وژنې ځینې پیښې راپور شوي.د خوندیتوب لویه اندیښنه په لوړه تودوخه کې د دې کیتوډ موادو د تخریب او په ورته وخت کې د اکسیجن خوشې کیدو څخه رامینځته کیږي ، کوم چې یوځای کولی شي د احتراق او چاودنو لامل شي ، په جدي ډول د بیټرۍ خوندیتوب سره موافقت کوي.د مثال په توګه، د پرت شوي آکسایډ LiNiO2 کرسټال جوړښت د Ni2+ د شتون له امله بې ثباته دی، د آیون اندازه یې د Li+ سره ورته ده.له منځه تللی ليxNiO2 (x< 1) په یو ډیر باثباته سپنیل ډوله مرحله LiNi2O4 (سپینل) او راکسالټ ډوله NiO ته بدلیږي، د اکسیجن په شاوخوا کې د 200 ° C په مایع الکترولیټ کې خوشې کیږي، چې د الکترولیت احتراق المل کیږي.
د اتوم ډوپینګ او سطحي محافظتي کوټینګونو په واسطه د دې کیتوډ موادو حرارتي ثبات ته وده ورکولو لپاره د پام وړ هڅې شوي.
د اتوم ډوپینګ کولی شي د پام وړ د پرت شوي آکسایډ موادو تودوخې ثبات ته وده ورکړي د پایله کې ثبات لرونکي کرسټال جوړښتونو له امله.د LiNiO2 یا Li1.05Mn1.95O4 حرارتي ثبات د نورو فلزي کیشنونو لکه Co, Mn, Mg، او Al سره د Ni یا Mn د جزوی ځای په ځای کولو سره د پام وړ ښه کیدی شي.د LiCoO2 لپاره، د ډوپینګ او مرکب عناصرو معرفي کول لکه Ni او Mn کولی شي د تخریب پیل شوي تودوخې په پراخه توګه زیات کړي.Tdec، پداسې حال کې چې په لوړه تودوخه کې د الکترولیت سره د عکس العمل څخه مخنیوی هم کوي.په هرصورت، په عمومي توګه د کیتوډ حرارتي ثبات زیاتوالی په ځانګړي ظرفیت کې د قربانیو سره راځي.د دې ستونزې د حل لپاره، د لیتیم نکل کوبالټ منګنیز آکسایډ پر بنسټ د ریچارج وړ لیتیم بیټرۍ لپاره د غلظت - تدریجي کیتوډ مواد رامینځته شوي (انځور 4A) .په دې موادو کې، هره ذره د Ni-rich مرکزي بلک او د Mn بډایه بهرنۍ طبقه لري، چې د Ni غلظت کمیږي او د سطحې نږدې کیدو سره د Mn او Co غلظت زیاتیږي (انځور 4B).پخوانی لوړ ظرفیت چمتو کوي، پداسې حال کې چې وروستی د تودوخې ثبات ته وده ورکوي.دا ناول کیتوډ مواد ښودل شوي چې د بیټرۍ خوندیتوب ته وده ورکړي پرته لدې چې د دوی بریښنایی کیمیکل فعالیت سره موافقت وکړي (انځور 4C).
شکل. 4 ستراتیژۍ په 2 مرحله کې د مسلو حل کولو لپاره: د باور وړ کیتوډونه.
(الف) د مثبت الکترود ذرې سکیمیک ډیاګرام د Ni-rich کور سره چې د غلظت - تدریجي بیروني پرت لخوا محاصره شوی.هره ذره د Ni غلظت کمولو او د Mn او Co غلظت د زیاتوالي سره د Ni - بډایه مرکزي بلک Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2 او د Mn بډایه بهرنۍ طبقه [Li(Ni0.8Co0.1Mn0.1)O2] لري. لکه څنګه چې سطح ته نږدې کیږي.پخوانی لوړ ظرفیت چمتو کوي پداسې حال کې چې وروستی د تودوخې ثبات ته وده ورکوي.منځنی جوړښت یې Li(Ni0.68Co0.18Mn0.18)O2 دی.د یوې عادي ذرې سکین کولو الکترون مایکروګراف هم په ښي خوا کې ښودل شوی.(B) د الیکترون تحقیقاتو ایکس رې مایکرو تحلیل د وروستي لیتیډ اکساید لی (Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2 پایلې.په انټر لیر کې د Ni, Mn او Co تدریجي غلظت بدلونونه څرګند دي.د Ni غلظت کمیږي، او د Co او Mn غلظت د سطحې په لور لوړیږي.(C) د توپیر سکین کولو کالوریمیټری (DSC) نښې چې د تودوخې جریان ښیې د الیکټرولیټ له عکس العمل څخه د غلظت - تدریجي موادو Li(Ni0.64Co0.18Mn0.18)O2، د Ni بډایه مرکزي مواد Li(Ni0.8Co0.1Mn0) سره. 1) O2، او د Mn بډایه بهرنۍ طبقه [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].مواد 4.3 V ته چارج شوي. (A)، (B) او (C) د پسرلي فطرت په اجازې سره بیا تولید شوي.(D) کیڼ اړخ ته: د لیږد بریښنایی مایکروسکوپي (TEM) د AlPO4 نانو پارټیکل لیپت شوي LiCoO2 روښانه ساحه عکس؛د انرژی توزیع کونکی ایکس رے سپیکرومیټری د کوټینګ پرت کې د Al او P اجزا تاییدوي.ښیې: د لوړ ریزولوشن TEM عکس د نانوسکل کوټینګ پرت کې د AlPO4 نانو پارټیکل (~ 3 nm قطر) ښیې؛تیر د AlPO4 پرت او LiCoO2 تر مینځ انٹرفیس په ګوته کوي.(E) کیڼ: د 12-V اوورچارج ازموینې وروسته د یوې حجرې عکس چې یو لیری LiCoO2 کیتوډ لري.حجره په دې ولتاژ کې وسوځول شوه او چاودنه وشوه.ښیې: د یوې حجرې عکس چې د 12-V اوورچارج ازموینې وروسته د AlPO4 نانو پارټیکل لیپت شوی LiCoO2 لري.(D) او (E) د جان ویلی او سنز په اجازې سره بیا تولید شوي.
د حرارتي ثبات د ښه کولو لپاره بله تګلاره دا ده چې کیتوډ مواد د تودوخې ثبات لرونکي Li+ ترسره کونکي مرکبونو محافظتي پتلي پرت سره پوښ کړي، کوم چې کولی شي د الکترولیت سره د کیتوډ موادو مستقیم تماس مخه ونیسي او په دې توګه د غاړې عکس العمل او د تودوخې تولید کم کړي.پوښونه یا هم غیر عضوي فلمونه کیدی شي [د مثال په توګه ZnO، Al2O3، AlPO4، AlF3، او داسې نور]، کوم چې کولی شي د لیټیوټ کیدو وروسته لی آیون ترسره کړي (انځور 4، D او E)، یا عضوي فلمونه، لکه پولی (diallyldimethylammonium chloride)، محافظوی فلمونه چې د γ-butyrolactone additives په واسطه جوړ شوي، او multicomponent additives (چې د vinylene carbonate، 1,3-propylene sulfite، او dimethylacetamide څخه جوړ شوي) دي.
د مثبت تودوخې ضمیمه سره د کوټینګ معرفي کول د کیتوډ خوندیتوب زیاتولو لپاره هم اغیزمن دي.د مثال په توګه، پولی(3-decylthiophene) – Coated LiCoO2 کیتوډونه کولی شي د الیکټرو کیمیکل تعاملات او اړخ تعاملات بند کړي کله چې د تودوخې درجه تر 80 درجو پورې لوړه شي، ځکه چې د لیږدونکي پولیمر طبقه کولی شي په چټکۍ سره په لوړ مقاومت حالت بدل کړي.د هایپر برانچ شوي جوړښت سره د ځان ختم شوي اولیګومر پوښونه هم کولی شي د کیتوډ اړخ څخه د بیټرۍ بندولو لپاره د تودوخې غبرګون لرونکي بلاک کولو پرت په توګه کار وکړي.
په حرارتي توګه د بدلولو وړ اوسني راټولونکی.په 2 مرحله کې د بیټرۍ د تودوخې د زیاتوالي پرمهال د الکترو کیمیکل تعاملاتو بندول کولی شي په مؤثره توګه د تودوخې د لا زیاتیدو مخه ونیسي.یو ګړندی او د بیرته راګرځیدونکي تودوخې پولیمر سویچنګ (TRPS) په اوسني راټولونکي کې دننه شامل شوی (انځور 5A) .د TRPS پتلی فلم د conductive graphene-coated spiky nanostructured nickel (GrNi) ذرات لري چې د کنډکټیک فلر په توګه او د PE میټرکس د لوی حرارتي توسع کفایت (α ~ 10−4 K−1) سره.لکه څنګه چې جوړ شوي پولیمر مرکب فلمونه د خونې په تودوخې کې لوړ چلونکي (σ) ښیي، مګر کله چې د تودوخې درجه د بدلولو تودوخې ته نږدې شي (Ts)، د پولیمر حجم پراخیدو په پایله کې د 1 s په اوږدو کې د اوه څخه تر اتو حکمونو پورې کمښت کمیږي، کوم چې د کنډکټیو ذرات جلا کوي او د کنډکټیو لارې ماتوي (انځور 5B).فلم په سمدستي توګه موصل کیږي او پدې توګه د بیټرۍ عملیات پای ته رسوي (انځور 5C).دا پروسه خورا بیرته راګرځیدونکي ده او کولی شي حتی د ډیری تودوخې پیښو وروسته هم فعالیت وکړي پرته لدې چې فعالیت سره موافقت وکړي.
شکل 5 ستراتیژۍ په 2 مرحله کې د مسلو حل کولو لپاره.
(A) د TRPS اوسني راټولونکي د تودوخې بدلولو میکانیزم سکیمیک مثال.خوندي بیټرۍ یو یا دوه اوسني راټولونکي لري چې د پتلي TRPS پرت سره پوښل شوي.دا په نورمال ډول د خونې د حرارت درجه کار کوي.په هرصورت، د لوړې تودوخې یا لوی جریان په صورت کې، پولیمر میټرکس پراخیږي، په دې توګه د کنډک ذرات جلا کوي، کوم چې کولی شي د هغې چلونکي کم کړي، د هغې مقاومت خورا زیات کړي او بیټرۍ بنده کړي.د بیټرۍ جوړښت پدې توګه پرته له زیان څخه خوندي کیدی شي.د یخولو په وخت کې، پولیمر راټیټیږي او اصلي لیږدونکي لارې بیرته ترلاسه کوي.(ب) د تودوخې د فعالیت په توګه د مختلف TRPS فلمونو مقاومت بدلون، پشمول PE/GrNi د مختلف GrNi بار کولو سره او PP/GrNi د 30٪ (v/v) د GrNi بار کولو سره.(C) د خوندي LiCoO2 بیټرۍ سایکل چلولو ظرفیت لنډیز د 25 درجې C او بند ترمینځ.په 70 ° C کې نږدې صفر ظرفیت بشپړ بند په ګوته کوي.(A)، (B) او (C) د پسرلي فطرت په اجازې سره بیا تولید شوي.(D) د LIBs لپاره د مایکروسفیر پراساس د بندولو مفهوم سکیمیک نمایش.الیکټروډونه د تودوخې غبرګون مایکرو سپیرونو سره فعال شوي چې د داخلي بیټرۍ د تودوخې څخه پورته د تودوخې لیږد (خلګ) څخه تیریږي.پړسیدلي کیپسول د الکترود سطح پوښي، د ionically انسولینګ خنډ جوړوي او د بیټرۍ حجره بندوي.(E) یو پتلی او پخپله ولاړ غیر عضوي مرکب جھلی چې د 94٪ ایلومینا ذرات او 6٪ سټیرین - بټادیین ربر (SBR) باندر څخه جوړ شوی د محلول کاسټ کولو میتود لخوا چمتو شوی.ښیې: عکسونه د غیر عضوي مرکب جلا کونکي او PE جلا کونکي حرارتي ثبات ښیې.جلا کونکي د 40 دقیقو لپاره په 130 ° C کې ساتل شوي.PE د نقطې مربع سره د ساحې څخه د پام وړ کم شوی.په هرصورت، جامع جلا کوونکی څرګند کمښت ندی ښودلی.د ایلسیویر په اجازې سره بیا تولید شوی.(F) د ځینو لوړ خټکي تودوخې پولیمر مالیکولر جوړښت د جلا کونکي موادو په توګه د ټیټ لوړ تودوخې انقباض سره.پورته: پولیمایډ (PI).منځنی: سیلولوز.لاندنی: پولی (بوټیلین) ټیریفتالیټ.(G) کیڼ: د PI د DSC سپیکٹرا د PE او PP جلا کونکي سره پرتله کول؛د PI جلا کوونکی د تودوخې په حد کې د 30 ° څخه تر 275 ° C پورې عالي حرارتي ثبات ښیې.ښي: د ډیجیټل کیمرې عکسونه چې د سوداګریز جلا کونکي او د ترکیب شوي PI جلا کونکي د پروپیلین کاربونیټ الیکټرولایټ سره د لندبل وړتیا پرتله کوي.د امریکایی کیمیاوي ټولنې په اجازې سره بیا تولید شوی.
د تودوخې بندولو جلا کونکي.د دوهم پړاو په جریان کې د حرارتي تیښتې څخه د بیټرۍ مخنیوي لپاره بله تګلاره د جلا کونکي له لارې د لی آیونونو لیږد لاره بندول دي.جلا کونکي د LIBs خوندیتوب لپاره کلیدي برخې دي، ځکه چې دوی د لوړ انرژی کیتوډ او انود موادو ترمنځ مستقیم بریښنایی تماس مخه نیسي پداسې حال کې چې د آیونیک ټرانسپورټ اجازه ورکوي.PP او PE تر ټولو عام استعمال شوي مواد دي، مګر دوی ضعیف حرارتي ثبات لري، په ترتیب سره ~ 165 ° او ~ 135 ° C د خټکي نقطو سره.د تجارتي LIB لپاره، د PP/PE/PP درې پرت جوړښت سره جلا کونکي لا دمخه سوداګریز شوي، چیرته چې PE یو محافظتي منځنی پرت دی.کله چې د بیټرۍ داخلي تودوخه د مهمې تودوخې (~ 130 ° C) څخه لوړه شي ، د PE پرت په جزوي ډول منحل کیږي ، د فلم سوري بندوي او په مایع الیکٹرولیټ کې د ایونونو مهاجرت مخه نیسي ، پداسې حال کې چې د PP طبقه د داخلي مخنیوي لپاره میخانیکي ملاتړ چمتو کوي. لنډولپه عین حال کې، د LIB حرارتي پلوه بندول هم د بیټرۍ anodes یا جلا کونکو محافظتي پرت په توګه د thermoresponsive PE یا پارافین موم مایکروسفیرونو په کارولو سره ترلاسه کیدی شي.کله چې د داخلي بیټرۍ تودوخې یو مهم ارزښت ته ورسیږي، مایکروسفیرونه انود / جلا کوونکی د غیر فعال خنډ سره پوښي، د لی آئن ټرانسپورټ ودروي او د تل لپاره حجره بندوي (انځور 5D).
د لوړ حرارتي ثبات سره جلا کونکي.د بیټرۍ جلا کونکو حرارتي ثبات ته وده ورکولو لپاره ، په تیرو څو کلونو کې دوه لارې رامینځته شوي:
(1) د سیرامیک لوړ شوي جلا کونکي، یا د سیرامیک پرتونو لکه SiO2 او Al2O3 د سیرامیک پرتونو د مستقیم کوټ کولو یا د سطحې ودې په واسطه د موجوده پولیولفین جلا کولو سطحونو کې یا د پولیمیریک موادو کې د سیرامیک پوډرونو په ځای کولو سره جوړ شوي (انځور 5E)، خورا لوړ خټکي ټکي او لوړ میخانیکي ځواک ښیې او همدارنګه نسبتا لوړ حرارتي چالکتیا لري.د دې ستراتیژۍ له لارې جوړ شوي ځینې جامع جلا کونکي سوداګریز شوي، لکه Separion (د سوداګرۍ نوم).
(2) د جلا کونکي موادو بدلول له پولیولفین څخه د لوړ خټکي تودوخې پولیمر ته د تودوخې په وخت کې د ټیټ انقباض سره ، لکه پولیمایډ ، سیلولوز ، پولی (بیټیلین) terephthalate او نور ورته پولی (ایسټرز) د حرارتي ثبات د ښه کولو لپاره بله مؤثره تګلاره ده. د جلا کونکي (انځور 5F).د مثال په توګه، پولیمایډ یو ترموسینګ پولیمر دی چې په پراخه کچه د غوره تودوخې ثبات (د 400 درجې C څخه ډیر ثبات)، ښه کیمیاوي مقاومت، لوړ تناسلي ځواک، د ښه الکترولیت ګنډلو وړتیا، او د اور لمبې مقاومت (.انځور 5G) .
د بیټرۍ کڅوړې د یخولو فعالیت سره.د وسیلې پیمانه حرارتي مدیریت سیسټمونه چې د هوا یا مایع یخ کولو له لارې فعال شوي د بیټرۍ فعالیت ښه کولو او د تودوخې لوړیدو ورو کولو لپاره کارول شوي.برسېره پردې، د مرحلې بدلون مواد لکه د پارافین موم د بیټرۍ په کڅوړو کې مدغم شوي ترڅو د تودوخې سنک په توګه عمل وکړي ترڅو د دوی تودوخې تنظیم کړي، له همدې امله د تودوخې ناوړه ګټه اخیستنه مخنیوی کوي.
په دریم پړاو کې د ستونزو د حل لپاره (احتمال او چاودنه)
تودوخه، اکسیجن، او سونګ، چې د "اور مثلث" په نوم پیژندل کیږي د ډیری اور لپاره اړین توکي دي.د 1 او 2 مرحلو په جریان کې د تودوخې او اکسیجن په راټولولو سره، د سونګ موادو (یعنې خورا د اور وړ الکترولیتونه) به په اوتومات ډول احتراق پیل کړي.د الیکټرولایټ محلولونو د سوځیدنې کمول د بیټرۍ خوندیتوب او د LIBs نورو لوی پیمانه غوښتنلیکونو لپاره حیاتي دي.
د شعاع retardant additives.د مایع الکترولیتونو د سوځیدنې کمولو لپاره د شعاع ضد اضافاتو پراختیا ته د څیړنې پراخه هڅې وقف شوي.په مایع الکترولیتونو کې کارول شوي د شعاع ضد اضافې ډیری برخه د عضوي فاسفورس مرکبونو یا عضوي هالوجن شوي مرکبونو پراساس دي.لکه څنګه چې هالوجن د چاپیریال او انساني روغتیا لپاره خطرناک دي، د عضوي فاسفورس مرکبات د دوی د لوړ شعاع مخنیوی وړتیا او د چاپیریال دوستۍ له امله د شعاع ضد اضافو په توګه ډیر امید لرونکي نوماندان دي.په عادي عضوي فاسفورس مرکباتو کې شامل دي trimethyl phosphate، triphenyl phosphate، bis (2-methoxyethoxy) methylallylphosphonate، tris (2,2,2-trifluoroethyl) فاسفیت، (ethoxy) pentafluorocyclotrissylneethylenephozenephate، etc.انځور 6A).د دې فاسفورس لرونکی مرکباتو د اور وژنې اغیزو میکانیزم په عموم ډول د کیمیاوي رادیکال - سکرو کولو پروسه ګڼل کیږي.د احتراق په جریان کې، د فاسفورس لرونکي مالیکولونه کولی شي د فاسفورس لرونکي آزاد رادیکال ډولونو ته تخریب کړي، کوم چې بیا کولی شي هغه رادیکالونه (د مثال په توګه، H او OH رادیکالونه) د سلسلې غبرګون د تکثیر په جریان کې تولید کړي چې د دوامداره احتراق لپاره مسؤل دي.انځور 6, B او C) .له بده مرغه، د دې فاسفورس لرونکی شعله ساتونکو اضافه کولو سره د سوځیدنې کمښت د بریښنایی کیمیکل فعالیت په لګښت کې راځي.د دې تجارت د ښه کولو لپاره، نورو څیړونکو د دوی مالیکولر جوړښت کې ځینې بدلونونه راوستلي دي: (i) د الکیل فاسفیتونو جزوی فلورینیشن کولی شي د دوی کمولو ثبات او د دوی د شعاع مقاومت اغیزمنتوب ته وده ورکړي؛(ii) د مرکباتو کارول چې دواړه محافظتي فلم جوړونکي او د شعاع مخنیوی ملکیتونه لري، لکه bis (2-methoxyethoxy) methylallylphosphonate، چیرته چې الیلیک ګروپونه کولی شي پولیمیریز کړي او په ګرافیت سطحو کې یو مستحکم SEI فلم جوړ کړي، په دې توګه په مؤثره توګه د خطرناک اړخ مخه نیسي. غبرګونونه(iii) د P(V) فاسفیټ څخه P(III) فاسفیت ته بدلون، کوم چې د SEI جوړښت اسانه کوي او د خطرناک PF5 غیر فعالولو وړتیا لري [د مثال په توګه، tris(2,2,2-trifluoroethyl) فاسفیت]؛او (iv) د سایکلیک فاسفازین سره د اورګانوفاسفورس اضافه کولو ځای په ځای کول، په ځانګړې توګه فلورین شوي سایکلو فاسفازین، چې د الکترو کیمیکل مطابقت ته وده ورکوي.
شکل. په دریم پړاو کې د مسلو د حل لپاره ستراتیژۍ.
(الف) د شعاع retardant additives عادي مالیکولر جوړښت.(B) د دې فاسفورس لرونکي مرکباتو د اور وژنې اغیزو میکانیزم په عموم ډول د کیمیاوي رادیکال - سکریوینګ پروسې په توګه باور کیږي، کوم چې کولی شي د ګاز په مرحله کې د احتراق غبرګون لپاره د رادیکال سلسلې تعاملات پای ته ورسوي.TPP، ټریفینیل فاسفیت.(C) د عادي کاربونیټ الیکټرولایټ د ځان سوځولو وخت (SET) د ټریفینیل فاسفیټ اضافه کولو سره د پام وړ کم کیدی شي.(D) د LIBs لپاره د تودوخې محرک شوي شعاع ضد ملکیتونو سره د "سمارټ" الیکټرسپون جلا کونکي سکیماټیک.د آزاد ولاړ جلا کونکی د مایکرو فایبرونو څخه جوړ شوی دی د کور شیل جوړښت سره، چیرې چې د شعاع ریټاډنټ اصلي دی او پولیمر شیل دی.د تودوخې محرک کولو سره، د پولیمر شیل منحل کیږي او بیا تړل شوي شعله retardant په الکترولیټ کې خوشې کیږي، پدې توګه په مؤثره توګه د الکترولیت سوځول او سوځول فشاروي.(E) د TPP@PVDF-HFP مایکرو فایبرونو SEM عکس د ایچ کولو وروسته په روښانه ډول د دوی اصلي شیل جوړښت ښیې.د پیمانه بار، 5 μm.(F) د خونې د تودوخې د ایونیک مایع ځانګړي مالیکولي جوړښتونه چې د LIBs لپاره د غیر سوځیدونکي الکترولیت په توګه کارول کیږي.(G) د PFPE مالیکولر جوړښت، یو غیر سوځیدونکی perfluorinated PEO انلاګ.د میتیل کاربونیټ دوه ګروپونه د پولیمر زنځیرونو په ترمینلونو کې تعدیل شوي ترڅو د اوسني بیټرۍ سیسټمونو سره د مالیکولونو مطابقت ډاډمن کړي.
دا باید په پام کې ونیول شي چې د لیست شوي اضافه کولو لپاره د الکترولیټ کم شوي سوځیدنې او د حجرو فعالیت تر مینځ تل یو تجارت شتون لري، که څه هم دا جوړجاړی د پورته مالیکولر ډیزاینونو له لارې ښه شوی.د دې ستونزې د حل لپاره بله وړاندیز شوې ستراتیژي د مایکرو فایبرونو محافظتي پولیمر شیل کې دننه د شعاع retardant شاملول شامل دي ، کوم چې د غیر اوبدل شوي جلا کونکي رامینځته کولو لپاره سټک شوي (انځور 6D) .د LIBs لپاره یو نوی الیکټراسپن غیر اوبدل شوي مایکرو فایبر جلا کونکی د تودوخې محرک شوي شعاع ضد ملکیتونو سره جوړ شوی و.د محافظتي پولیمر شیل دننه د شعاع retardant encapsulation د الیکټرولایټ ته د شعاع retardant مستقیم افشا کیدو مخه نیسي ، د بیټرۍ الیکټرو کیمیکل فعالیت باندې د retardants منفي اغیزو مخه نیسي (انځور 6E).په هرصورت، که چیرې د LIB بیټرۍ حرارتي تیښته واقع شي، پولی (vinylidenefluoride-hexafluoro propylene) copolymer (PVDF-HFP) شیل به د تودوخې د لوړیدو په صورت کې مات شي.بیا پوښل شوي ټریفینیل فاسفیټ شعله retardant به په الیکټرولایټ کې خوشې شي ، پدې توګه په مؤثره توګه د خورا سوځیدونکي الیکټرولایټ احتراق فشاروي.
د دې ستونزې د حل لپاره د "مالګې متمرکز الکترولیت" مفهوم هم رامینځته شوی.د چارج وړ بیټرۍ لپاره دا اور وژونکي عضوي الکترولیتونه د مالګې په توګه LiN(SO2F)2 لري او د یوازینۍ محلول په توګه د ټرامیتیل فاسفیټ (TMP) مشهور شعله مقاومت لري.په انود کې د قوي مالګې څخه ترلاسه شوي غیر عضوي SEI په ناڅاپي ډول رامینځته کول د مستحکم الیکټرو کیمیکل فعالیت لپاره خورا مهم دی.دا نوې ستراتیژي کیدای شي نورو مختلفو شعله retardants ته وغځول شي او کیدای شي د خوندي LIBs لپاره د نوي شعاع ضد محلولونو رامینځته کولو لپاره نوې لاره پرانیزي.
غیر سوځیدونکي مایع الکترولیتونه.د الیکټرولایټ خوندیتوب مسلو لپاره حتمي حل به د داخلي غیر سوځیدونکي الکترولیتونو رامینځته کول وي.د غیر سوځیدونکي الکترولیتونو یوه ډله چې په پراخه کچه مطالعه شوې د ایونیک مایعاتو څخه دي، په ځانګړې توګه د خونې د تودوخې ایونیک مایعات، کوم چې بې ثباته دي (د 200 درجو څخه کم د بخار فشار نه موندلو وړ) او غیر سوځیدونکي دي او د تودوخې پراخه کړکۍ لري (انځور 6F) .په هرصورت، دوامداره څیړنې لاهم اړتیا لري ترڅو د ټیټ نرخ وړتیا مسلې حل کړي چې د دوی د لوړ ویسکوسیت ، ټیټ لی لیږد شمیره ، کاتوډیک یا کمولو بې ثباتۍ ، او د آیونیک مایعاتو لوړ لګښت څخه رامینځته کیږي.
د ټیټ مالیکول وزن هایدروفلورویترونه د غیر سوځیدونکي مایع الکترولیتونو بله طبقه ده ځکه چې د دوی لوړ یا هیڅ فلش نقطه نه وي، غیر سوځیدنه، د سطحې ټیټ فشار، ټیټ ویسکوسیت، ټیټ یخ حرارت، او نور.مناسب مالیکولر ډیزاین باید د دوی کیمیاوي ملکیتونو سره د بیټرۍ الکترولیتونو معیارونو پوره کولو لپاره تطبیق شي.یوه په زړه پورې بیلګه چې پدې وروستیو کې راپور شوې ده perfluoropolyether (PFPE)، یو perfluorinated polyethylene oxide (PEO) انلاګ دی چې د خپل غیر سوځیدنې لپاره ښه پیژندل شوی (انځور 6G) .د میتیل کاربونیټ دوه ګروپونه د PFPE زنځیرونو (PFPE-DMC) ترمینل ګروپونو کې تعدیل شوي ترڅو د اوسني بیټرۍ سیسټمونو سره د مالیکولونو مطابقت ډاډمن کړي.په دې توګه، د PFPEs غیر سوځیدونکي او حرارتي ثبات کولی شي د پام وړ د LIBs خوندیتوب ته وده ورکړي پداسې حال کې چې د ځانګړي مالیکولر جوړښت ډیزاین له امله د الکترولیټ لیږد شمیره ډیروي.
دریمه مرحله د تودوخې تیښتې پروسې لپاره وروستی مګر په ځانګړې توګه خورا مهم مرحله ده.دا باید په پام کې ونیول شي چې که څه هم د عصري مایع الکترولیت د سوځیدنې کمولو لپاره لویې هڅې وقف شوي، د جامد حالت الکترولیټ کارول چې غیر متزلزل دي لوی ژمنې ښیې.جامد الکترولیتونه په عمده توګه په دوه کټګوریو ویشل شوي دي: غیر عضوي سیرامیک الکترولیتونه [سلفایډونه، اکسایډونه، نایټرایډونه، فاسفیتونه، او نور] او جامد پولیمر الکترولیتونه [د پولیمر سره د لی مالګې مخلوط، لکه پولی (ایتیلین اکسایډ)، پولی کریلونیټریل، او داسې نور.د جامد الکترولیتونو د ښه کولو هڅې به دلته توضیح نه شي، ځکه چې دا موضوع لا دمخه په څو وروستیو بیاکتنو کې ښه لنډیز شوي.
OUTLOOK
په تیرو وختونو کې، د بیټرۍ خوندیتوب ته وده ورکولو لپاره ډیری نوي توکي رامینځته شوي، که څه هم ستونزه لا تر اوسه په بشپړه توګه حل شوې نه ده.برسېره پردې، د خوندیتوب مسلو لاندې میکانیزمونه د هرې مختلف بیټرۍ کیمیا لپاره توپیر لري.په دې توګه، د مختلف بیټرۍ لپاره ځانګړي توکي باید ډیزاین شي.موږ باور لرو چې ډیر اغیزمن میتودونه او ښه ډیزاین شوي توکي باید کشف شي.دلته، موږ د راتلونکي بیټرۍ خوندیتوب څیړنې لپاره ډیری احتمالي لارښوونې لیست کوو.
لومړی، دا مهمه ده چې د LIBs د داخلي روغتیا شرایطو کشف او نظارت کولو لپاره په وضعیت یا عملیاتي میتودونو کې پراختیا ومومي.د مثال په توګه، د تودوخې تیښتې پروسه د LIBs دننه د داخلي تودوخې یا فشار زیاتوالي سره نږدې تړاو لري.په هرصورت، د بیټرۍ دننه د تودوخې ویش خورا پیچلی دی، او میتودونو ته اړتیا ده چې د الیکٹرویلیټونو او الیکټروډونو او همدارنګه جلا کونکو ارزښتونو دقیقه څارنه وکړي.په دې توګه، د مختلفو برخو لپاره د دې پیرامیټونو اندازه کول د تشخیص لپاره خورا مهم دي او پدې توګه د بیټرۍ خوندیتوب خطرونو مخه نیسي.
د جلا کونکي حرارتي ثبات د بیټرۍ خوندیتوب لپاره خورا مهم دی.نوي پرمختللي پولیمر د لوړ خټکي نقطو سره د جلا کونکي حرارتي بشپړتیا په زیاتولو کې اغیزمن دي.په هرصورت ، د دوی میخانیکي ملکیتونه لاهم ټیټ دي ، د بیټرۍ مجلس پرمهال د دوی پروسس وړتیا خورا کموي.سربیره پردې ، قیمت هم یو مهم فاکتور دی چې باید د عملي غوښتنلیکونو لپاره په پام کې ونیول شي.
د جامد الکترولیتونو پراختیا د LIBs د خوندیتوب مسلو لپاره حتمي حل ښکاري.جامد الیکټرولایټ به د بیټرۍ داخلي لنډوالي احتمال خورا کم کړي ، د اور او چاودنو خطر سره.که څه هم سترې هڅې د جامد الکترولیتونو پرمختګ ته وقف شوي، د دوی فعالیت د مایع الکترولیتونو څخه ډیر وروسته پاتې دی.د غیر عضوي او پولیمر الکترولیتونو ترکیب لوی ظرفیت ښیې، مګر دوی نازک ډیزاین او چمتو کولو ته اړتیا لري.موږ ټینګار کوو چې د غیر عضوي - پولیمر انٹرفیس مناسب ډیزاین او د دوی د سمون انجینرۍ د مؤثره لی-آون ټرانسپورټ لپاره خورا مهم دي.
دا باید په پام کې ونیول شي چې مایع الکترولیت د بیټرۍ یوازینۍ برخه نه ده چې سوځیدونکي وي.د مثال په توګه، کله چې LIBs په لوړه کچه چارج کیږي، د سوځیدونکي لیتید انود مواد (د مثال په توګه، لیتی شوی ګرافائٹ) هم د خوندیتوب یوه لویه اندیښنه ده.د شعاع مقاومت کونکي چې کولی شي په مؤثره توګه د جامد حالت موادو اورونه ودروي د دوی خوندیتوب ډیرولو لپاره خورا غوښتنه کیږي.د شعاع retardants کیدای شي د ګرافائٹ سره د پولیمر باندونو یا کنډکټیو چوکاټونو په بڼه مخلوط شي.
د بیټرۍ خوندیتوب یوه پیچلې او پیچلې ستونزه ده.د بیټرۍ خوندیتوب راتلونکی د ژورې پوهاوي لپاره د بنسټیزو میکانیزم مطالعاتو کې د لا زیاتو هڅو غوښتنه کوي د نورو پرمختللي ځانګړتیاو میتودونو سربیره ، کوم چې کولی شي د موادو ډیزاین لارښود کولو لپاره نور معلومات وړاندې کړي.که څه هم دا بیاکتنه د موادو په کچه خوندیتوب باندې تمرکز کوي، دا باید په پام کې ونیول شي چې د LIBs د خوندیتوب مسلې حل کولو لپاره یو هولیسټیک چلند ته اړتیا ده، چیرې چې مواد، د حجرو اجزا او بڼه، او د بیټرۍ ماډل او بسته مساوي رول لوبوي ترڅو بیټرۍ مخکې د باور وړ وي. دوی بازار ته خوشې کیږي.
حوالې او یادښتونه
کای لیو، یایوان لیو، ډینګ چینګ لین، ایلن پی، یی کوی، د لیتیم آیون بیټرۍ خوندیتوب لپاره مواد، ساینس پرمختګ، DOI: 10.1126/sciadv.aas9820
د پوسټ وخت: جون-05-2021
