เหตุใดแบตเตอรี่กึ่งทึบจึงมีความต้านทานภายในที่ต่ำกว่า?

แบตเตอรี่กึ่งแข็งได้รับความสนใจอย่างมากในอุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงานเนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์และข้อได้เปรียบที่อาจเกิดขึ้นกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม หนึ่งในคุณสมบัติที่โดดเด่นที่สุดของแบตเตอรี่กึ่งแข็งคือความต้านทานภายในที่ต่ำกว่าซึ่งก่อให้เกิดประสิทธิภาพและประสิทธิภาพที่ดีขึ้น ในบทความนี้เราจะสำรวจเหตุผลที่อยู่เบื้องหลังปรากฏการณ์นี้และความหมายของเทคโนโลยีแบตเตอรี่

อิเล็กโทรไลต์กึ่งแข็งลดความต้านทานต่อการแทรกซึมได้อย่างไร

กุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจความต้านทานภายในที่ต่ำกว่าของแบตเตอรี่กึ่งแข็งอยู่ในองค์ประกอบอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นนวัตกรรมซึ่งแตกต่างจากการออกแบบแบตเตอรี่แบบดั้งเดิมอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่แบตเตอรี่ทั่วไปใช้อิเล็กโทรไลต์ของเหลว แต่แบตเตอรี่กึ่งแข็งรวมอิเล็กโทรไลต์ที่มีลักษณะคล้ายเจลหรือแบบวางซึ่งให้ประโยชน์มากมายในการลดความต้านทานภายใน สถานะกึ่งแข็งที่เป็นเอกลักษณ์นี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมและอายุยืนของแบตเตอรี่โดยการลดปัจจัยที่ช่วยลดการสูญเสียพลังงาน

หนึ่งในความท้าทายหลักในแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์เหลวแบบดั้งเดิมคือการก่อตัวของชั้นอิเล็กโทรไลต์อินเตอร์เฟส (SEI) ที่เป็นของแข็งที่ส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ แม้ว่าเลเยอร์ SEI เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำให้แบตเตอรี่เสถียรและป้องกันปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ แต่ก็สามารถสร้างอุปสรรคในการไหลของไอออนที่ราบรื่น อุปสรรคนี้ส่งผลให้ความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นลดประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของแบตเตอรี่เมื่อเวลาผ่านไป

ในแบตเตอรี่กึ่งแข็งความสอดคล้องของเจลของอิเล็กโทรไลต์จะส่งเสริมอินเทอร์เฟซที่มีความเสถียรและสม่ำเสมอยิ่งขึ้นกับขั้วไฟฟ้า ซึ่งแตกต่างจากอิเล็กโทรไลต์ของเหลวอิเล็กโทรไลต์กึ่งแข็งช่วยให้มั่นใจได้ดีขึ้นระหว่างพื้นผิวอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ การติดต่อที่ดีขึ้นนี้ช่วยลดการก่อตัวของชั้นความต้านทานเพิ่มการถ่ายโอนไอออนและลดความต้านทานภายในโดยรวมของแบตเตอรี่

นอกจากนี้ลักษณะกึ่งแข็งของอิเล็กโทรไลต์ยังช่วยจัดการกับความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการขยายตัวของอิเล็กโทรดและการหดตัวในระหว่างการชาร์จและรอบการปล่อย โครงสร้างที่มีลักษณะคล้ายเจลให้ความเสถียรทางกลที่เพิ่มขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุอิเล็กโทรดยังคงอยู่ในสภาพเดิมและจัดเรียงแม้ภายใต้ความเครียดที่แตกต่างกัน ความเสถียรนี้มีบทบาทสำคัญในการรักษาความต้านทานภายในต่ำตลอดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ซึ่งนำไปสู่ประสิทธิภาพที่ดีขึ้นและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นเมื่อเทียบกับประเภทแบตเตอรี่ทั่วไป โดยสรุปแล้วอิเล็กโทรไลต์กึ่งแข็งไม่เพียง แต่ช่วยปรับปรุงการไหลของไอออน แต่ยังให้ประโยชน์เชิงโครงสร้างส่งผลให้มีการออกแบบแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพมีความเสถียรและทนทานมากขึ้น

ค่าการนำไฟฟ้าอิออนกับการติดต่ออิเล็กโทรด: ข้อดีที่สำคัญของการออกแบบกึ่งแข็ง

ความต้านทานภายในที่ต่ำกว่าของแบตเตอรี่กึ่งแข็งสามารถนำมาประกอบกับความสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างการนำอิออนและการสัมผัสอิเล็กโทรด ในขณะที่อิเล็กโทรไลต์ของเหลวโดยทั่วไปมีการนำไฟฟ้าไอออนิกสูงพวกเขาอาจประสบกับการสัมผัสอิเล็กโทรดที่ไม่ดีเนื่องจากธรรมชาติของของเหลว ในทางกลับกันอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งให้การสัมผัสอิเล็กโทรดที่ยอดเยี่ยม แต่มักจะต่อสู้กับการนำอิออนต่ำกว่า

อิเล็กโทรไลต์กึ่งแข็งทำให้เกิดความสมดุลที่ไม่เหมือนใครระหว่างสุดขั้วทั้งสองนี้ พวกเขารักษาค่าการนำอิออนที่เพียงพอเพื่ออำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนไอออนที่มีประสิทธิภาพในขณะเดียวกันก็ให้การสัมผัสอิเล็กโทรดที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับอิเล็กโทรไลต์ของเหลว ชุดค่าผสมนี้ส่งผลให้เกิดข้อดีที่สำคัญหลายประการ:

1. การขนส่งไอออนที่ได้รับการปรับปรุง: ความสอดคล้องของเจลเหมือนอิเล็กโทรไลต์กึ่งแข็งช่วยให้การเคลื่อนที่ของไอออนมีประสิทธิภาพในขณะที่ยังคงสัมผัสกับพื้นผิวอิเล็กโทรดอย่างใกล้ชิด

2. การสลายตัวของอิเล็กโทรดที่ลดลง: อินเทอร์เฟซที่เสถียรระหว่างอิเล็กโทรไลต์กึ่งโซลและอิเล็กโทรดช่วยลดปฏิกิริยาด้านข้างที่สามารถนำไปสู่การสลายตัวของอิเล็กโทรดและความต้านทานที่เพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป

3. การปรับปรุงความเสถียรทางกล: อิเล็กโทรไลต์กึ่งแข็งให้การสนับสนุนเชิงกลที่ดีขึ้นกับอิเล็กโทรดลดความเสี่ยงของการย่อยสลายทางกายภาพและรักษาประสิทธิภาพที่สอดคล้องกัน

4. การกระจายกระแสที่สม่ำเสมอ: ธรรมชาติที่เป็นเนื้อเดียวกันของอิเล็กโทรไลต์กึ่งโซลิดส่งเสริมการกระจายกระแสไฟฟ้าที่สม่ำเสมอมากขึ้นทั่วพื้นผิวอิเล็กโทรดลดความต้านทานภายในโดยรวม

ข้อได้เปรียบเหล่านี้มีส่วนช่วยให้เกิดความต้านทานภายในที่ต่ำกว่าที่สังเกตได้ในแบตเตอรี่กึ่งแข็งทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆที่ต้องใช้โซลูชั่นการจัดเก็บพลังงานประสิทธิภาพสูง

ความต้านทานภายในที่ต่ำกว่าช่วยปรับปรุงการชาร์จอย่างรวดเร็วในแบตเตอรี่กึ่งแข็งหรือไม่?

หนึ่งในผลกระทบที่น่าตื่นเต้นที่สุดของการต่อต้านภายในที่ต่ำกว่าในแบตเตอรี่กึ่งแข็งเป็นผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นกับความสามารถในการชาร์จอย่างรวดเร็ว ความสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานภายในและความเร็วในการชาร์จเป็นสิ่งสำคัญในประสิทธิภาพของแบตเตอรี่โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอปพลิเคชันที่การชาร์จอย่างรวดเร็วเป็นสิ่งจำเป็น

ความต้านทานภายในลดลงโดยตรงมีความสัมพันธ์โดยตรงกับความสามารถในการชาร์จอย่างรวดเร็วด้วยเหตุผลหลายประการ:

1. การสร้างความร้อนที่ลดลง: ความต้านทานภายในที่สูงขึ้นนำไปสู่การสร้างความร้อนที่เพิ่มขึ้นระหว่างการชาร์จซึ่งสามารถ จำกัด ความเร็วในการชาร์จเพื่อป้องกันความเสียหาย ด้วยความต้านทานที่ต่ำกว่าแบตเตอรี่กึ่งแข็งสามารถจัดการกระแสชาร์จที่สูงขึ้นด้วยการสะสมความร้อนน้อยลง

2. ประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงานที่ดีขึ้น: ความต้านทานที่ต่ำกว่าหมายถึงพลังงานที่น้อยลงจะหายไปเมื่อความร้อนในระหว่างกระบวนการชาร์จทำให้สามารถถ่ายโอนพลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นจากเครื่องชาร์จไปยังแบตเตอรี่

3. การโยกย้ายไอออนที่เร็วขึ้น: คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของอิเล็กโทรไลต์กึ่งแข็งช่วยให้การเคลื่อนที่ของไอออนเร็วขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้าทำให้สามารถรับการชาร์จได้เร็วขึ้น

4. การลดลงของแรงดันไฟฟ้าลดลง: ความต้านทานภายในลดลงส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าลดลงภายใต้โหลดกระแสสูงที่สูงทำให้แบตเตอรี่สามารถรักษาแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นในระหว่างรอบการชาร์จอย่างรวดเร็ว

ปัจจัยเหล่านี้รวมกันเพื่อสร้างแบตเตอรี่กึ่งแข็งโดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่ชาร์จอย่างรวดเร็ว ในแง่ที่เป็นประโยชน์สิ่งนี้สามารถแปลเวลาการชาร์จลดลงอย่างมีนัยสำคัญสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าอุปกรณ์มือถือและเทคโนโลยีที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่อื่น ๆ

อย่างไรก็ตามสิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าในขณะที่ความต้านทานภายในที่ต่ำกว่าเป็นปัจจัยสำคัญในการเปิดใช้งานการชาร์จอย่างรวดเร็วการพิจารณาอื่น ๆ เช่นการออกแบบอิเล็กโทรดการจัดการความร้อนและเคมีแบตเตอรี่โดยรวมยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความสามารถในการชาร์จอย่างรวดเร็วที่สุดของระบบแบตเตอรี่

ความต้านทานภายในที่ต่ำกว่าของแบตเตอรี่กึ่งแข็งแสดงถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงาน ด้วยการรวมประโยชน์ของอิเล็กโทรไลต์ของเหลวและอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งการออกแบบกึ่งแข็งนำเสนอทางออกที่มีแนวโน้มสำหรับความท้าทายหลายอย่างที่ต้องเผชิญกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบดั้งเดิม

เนื่องจากการวิจัยและพัฒนาในสาขานี้ยังคงดำเนินต่อไปเราสามารถคาดหวังว่าจะเห็นการปรับปรุงเพิ่มเติมในแบตเตอรี่กึ่งแข็งประสิทธิภาพอาจปฏิวัติอุตสาหกรรมต่าง ๆ ที่อาศัยโซลูชั่นการจัดเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้

หากคุณสนใจที่จะสำรวจเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่ทันสมัยสำหรับแอปพลิเคชันของคุณให้พิจารณาติดต่อกับ Ebattery ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราสามารถช่วยคุณค้นหาโซลูชันการจัดเก็บพลังงานที่สมบูรณ์แบบที่เหมาะกับความต้องการเฉพาะของคุณ ติดต่อเราที่cathy@zyepower.comเพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่ที่เป็นนวัตกรรมของเราและวิธีที่พวกเขาจะได้รับประโยชน์จากโครงการของคุณ

การอ้างอิง

1. Zhang, L. , et al. (2021) "อิเล็กโทรไลต์กึ่งแข็งสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนประสิทธิภาพสูง: การทบทวนที่ครอบคลุม" วารสารการจัดเก็บพลังงาน, 35, 102295

2. Wang, Y. , et al. (2020) "ความคืบหน้าล่าสุดในแบตเตอรี่กึ่งแข็ง: จากวัสดุสู่อุปกรณ์" วัสดุพลังงานขั้นสูง, 10 (32), 2001547

3. Liu, J. , et al. (2019) "ทางเดินสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะที่มีพลังงานสูงที่ใช้งานได้จริง" พลังงานธรรมชาติ, 4 (3), 180-186

4. Cheng, X. B. , et al. (2017) "ไปสู่แอโนดโลหะลิเธียมที่ปลอดภัยในแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้: รีวิว" รีวิวเคมี, 117 (15), 10403-10473

5. Manthiram, A. , et al. (2017) "เคมีแบตเตอรี่ลิเธียมเปิดใช้งานโดยอิเล็กโทรไลต์โซลิดสเตต" วัสดุทบทวนธรรมชาติ 2 (4), 16103