วัสดุใหม่สำหรับเซลล์สถานะของแข็งที่ดีขึ้น

วัสดุขั้นสูงกำลังเปลี่ยนเซลล์สถานะของแข็ง?

การแสวงหาแบตเตอรี่ของแข็งที่เหนือกว่าทำให้นักวิจัยสำรวจวัสดุขั้นสูงที่หลากหลาย สารประกอบและองค์ประกอบใหม่เหล่านี้กำลังผลักดันขอบเขตของสิ่งที่เป็นไปได้ในเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงาน

อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ซัลไฟด์: กระโดดไปข้างหน้าในการนำไอออนิก

หนึ่งในวัสดุที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับเซลล์แบตเตอรี่สถานะของแข็งการก่อสร้างเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ซัลไฟด์ สารประกอบเหล่านี้เช่น LI10GEP2S12 (LGPS) ได้รับความสนใจอย่างมากเนื่องจากการนำไอออนิกพิเศษที่อุณหภูมิห้อง คุณสมบัตินี้ช่วยให้อัตราการชาร์จและการปลดปล่อยเร็วขึ้นโดยระบุหนึ่งในข้อ จำกัด ที่สำคัญของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม

อิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์ยังแสดงคุณสมบัติเชิงกลที่ดีซึ่งช่วยให้สามารถสัมผัสได้ดีขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรด อินเทอร์เฟซที่ได้รับการปรับปรุงนี้ช่วยลดความต้านทานภายในและเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์โดยรวม อย่างไรก็ตามความท้าทายยังคงอยู่ในแง่ของความไวต่อความชื้นและอากาศซึ่งจำเป็นต้องใช้กระบวนการผลิตและการห่อหุ้มอย่างรอบคอบ

อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ออกไซด์: การปรับสมดุลความมั่นคงและประสิทธิภาพ

อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ออกไซด์เช่น LLZO (LI7LA3ZR2O12) นำเสนอทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับวัสดุที่ใช้ซัลไฟด์ ในขณะที่โดยทั่วไปจะแสดงการนำอิออนที่ต่ำกว่าอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์มีความเสถียรทางเคมีและเคมีไฟฟ้าที่เหนือกว่า ความเสถียรนี้แปลว่าอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นและการปรับปรุงลักษณะความปลอดภัยทำให้พวกเขาน่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานขนาดใหญ่เช่นยานพาหนะไฟฟ้า

ความก้าวหน้าเมื่อเร็ว ๆ นี้ในการเติมและโครงสร้างนาโนของอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์ได้นำไปสู่การปรับปรุงที่สำคัญในการนำไอออนิกของพวกเขา ตัวอย่างเช่น LLZO ที่เจือด้วยอลูมิเนียมได้แสดงผลลัพธ์ที่มีแนวโน้มเข้าใกล้ระดับการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ของเหลวในขณะที่ยังคงรักษาข้อได้เปรียบด้านความปลอดภัยโดยธรรมชาติของการออกแบบสถานะของแข็ง

เซรามิกกับพอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์: ซึ่งทำงานได้ดีกว่ากัน?

การอภิปรายระหว่างอิเล็กโทรไลต์เซรามิกและพอลิเมอร์ในเทคโนโลยีแบตเตอรี่สถานะของแข็งยังคงดำเนินต่อไปโดยแต่ละข้อเสนอข้อดีและความท้าทายที่เป็นเอกลักษณ์ การทำความเข้าใจลักษณะของวัสดุเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการกำหนดความเหมาะสมสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน

อิเล็กโทรไลต์เซรามิก: การนำไฟฟ้าสูง แต่เปราะ

อิเล็กโทรไลต์เซรามิกรวมถึงวัสดุซัลไฟด์และออกไซด์ที่กล่าวมาข้างต้นโดยทั่วไปจะมีการนำอิออนที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับพอลิเมอร์ สิ่งนี้แปลว่าเวลาชาร์จที่เร็วขึ้นและกำลังไฟที่สูงขึ้นทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องใช้พลังงานอย่างรวดเร็ว

อย่างไรก็ตามธรรมชาติที่เข้มงวดของอิเล็กโทรไลต์เซรามิกนำเสนอความท้าทายในแง่ของความสามารถในการผลิตและความเสถียรเชิงกล ความเปราะบางของพวกเขาสามารถนำไปสู่การแตกร้าวหรือการแตกหักภายใต้ความเครียดอาจส่งผลกระทบต่อความสมบูรณ์ของเซลล์แบตเตอรี่สถานะของแข็ง- นักวิจัยกำลังสำรวจวัสดุคอมโพสิตและเทคนิคการผลิตแบบใหม่เพื่อลดปัญหาเหล่านี้ในขณะที่รักษาค่าการนำไฟฟ้าสูงของอิเล็กโทรไลต์เซรามิก

พอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์: ยืดหยุ่นและง่ายต่อการประมวลผล

พอลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์มีข้อดีหลายประการในแง่ของความยืดหยุ่นและความสะดวกในการประมวลผล วัสดุเหล่านี้สามารถหล่อขึ้นรูปเป็นรูปทรงและขนาดต่าง ๆ ได้อย่างง่ายดายช่วยให้มีอิสระในการออกแบบที่มากขึ้นในการก่อสร้างแบตเตอรี่ ความยืดหยุ่นโดยธรรมชาติของพวกเขายังช่วยรักษาการสัมผัสที่ดีระหว่างอิเล็กโทรไลต์และอิเล็กโทรดแม้ในขณะที่แบตเตอรี่ผ่านการเปลี่ยนแปลงระดับเสียงในระหว่างการชาร์จและรอบการปล่อย

ข้อเสียเปรียบหลักของอิเล็กโทรไลต์พอลิเมอร์นั้นเป็นการนำไฟฟ้าไอออนิกที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเซรามิก อย่างไรก็ตามความก้าวหน้าเมื่อเร็ว ๆ นี้ในวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ได้นำไปสู่การพัฒนาวัสดุใหม่ที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นอิเล็กโทรไลต์พอลิเมอร์ที่เชื่อมโยงข้ามกับอนุภาคนาโนเซรามิกได้แสดงผลลัพธ์ที่มีแนวโน้มซึ่งรวมความยืดหยุ่นของโพลีเมอร์เข้ากับค่าการนำไฟฟ้าสูงของเซรามิก

คอมโพสิตกราฟีนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์โซลิดสเตต

กราฟีนวัสดุมหัศจรรย์ของศตวรรษที่ 21 กำลังทำการรุกล้ำอย่างมีนัยสำคัญในเทคโนโลยีแบตเตอรี่สถานะของแข็ง คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของมันกำลังถูกควบคุมเพื่อปรับปรุงแง่มุมต่าง ๆ ของเซลล์แบตเตอรี่สถานะของแข็งผลงาน.

ปรับปรุงการนำไฟฟ้าอิเล็กโทรดและเสถียรภาพ

การรวมกราฟีนลงในวัสดุอิเล็กโทรดได้แสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงที่น่าทึ่งทั้งในการนำไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์และอิออน การนำไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นนี้ช่วยให้การถ่ายโอนประจุเร็วขึ้นส่งผลให้ความหนาแน่นของพลังงานดีขึ้นและลดความต้านทานภายใน ยิ่งไปกว่านั้นความแข็งแรงเชิงกลของกราฟีนยังช่วยรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างของขั้วไฟฟ้าในระหว่างรอบการปล่อยประจุซ้ำซึ่งนำไปสู่ความมั่นคงในระยะยาวและอายุการใช้งานที่ดีขึ้น

นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าแคโทดที่เพิ่มขึ้นของกราฟีนเช่นผู้ที่ใช้ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LIFEPO4) รวมกับกราฟีนแสดงความสามารถในอัตราที่เหนือกว่าและการรักษาความสามารถเมื่อเทียบกับคู่หูทั่วไป การปรับปรุงนี้มีสาเหตุมาจากความสามารถของกราฟีนในการสร้างเครือข่ายนำไฟฟ้าภายในวัสดุอิเล็กโทรดอำนวยความสะดวกในการขนส่งอิเล็กตรอนและไอออนที่มีประสิทธิภาพ

กราฟีนเป็นเลเยอร์ intercial

หนึ่งในความท้าทายที่สำคัญในการออกแบบแบตเตอรี่สถานะโซลิดคือการจัดการส่วนต่อประสานระหว่างอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งและอิเล็กโทรด กราฟีนกำลังเกิดขึ้นเป็นวิธีแก้ปัญหาที่มีแนวโน้มสำหรับปัญหานี้ โดยการรวมชั้นบาง ๆ ของกราฟีนหรือกราฟีนออกไซด์ที่อินเตอร์เฟสอิเล็กโทรดอิเล็กโทรไลต์นักวิจัยได้สังเกตการปรับปรุงที่สำคัญในความเสถียรและประสิทธิภาพของเซลล์สถานะของแข็ง

กราฟีน interlayer นี้มีวัตถุประสงค์หลายประการ:

1. มันทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์การเปลี่ยนแปลงระดับเสียงระหว่างการปั่นจักรยานและป้องกันการปนเปื้อน

2. มันช่วยเพิ่มค่าการนำไอออนิกที่อินเทอร์เฟซอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนไอออนที่ราบรื่นขึ้น

3. ช่วยยับยั้งการก่อตัวของเลเยอร์อินเตอร์เซียลที่ไม่พึงประสงค์ที่สามารถเพิ่มความต้านทานภายใน

การประยุกต์ใช้กราฟีนในลักษณะนี้แสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาโดยเฉพาะในการจัดการกับความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการใช้อะโนไดเทียมโลหะลิเธียมในแบตเตอรี่สถานะของแข็ง ลิเธียมเมทัลมีความสามารถทางทฤษฎีที่สูงเป็นพิเศษ แต่มีแนวโน้มที่จะก่อตัว dendrite และการเกิดปฏิกิริยาด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็ง อินเทอร์เฟซกราฟีนที่ออกแบบมาอย่างระมัดระวังสามารถลดปัญหาเหล่านี้ได้ปูทางไปสู่เซลล์สถานะของแข็งที่มีความหนาแน่นสูง

อิเล็กโทรไลต์คอมโพสิตแบบเสริมกราฟีน

นอกเหนือจากบทบาทในอิเล็กโทรดและอินเทอร์เฟซแล้วกราฟีนยังถูกสำรวจว่าเป็นสารเติมแต่งในอิเล็กโทรไลต์ของแข็งคอมโพสิต โดยการรวมกราฟีนหรือกราฟีนออกไซด์ในปริมาณเล็กน้อยลงในอิเล็กโทรไลต์เซรามิกหรือพอลิเมอร์นักวิจัยได้สังเกตการปรับปรุงทั้งคุณสมบัติเชิงกลและเคมีไฟฟ้า

ในอิเล็กโทรไลต์พอลิเมอร์กราฟีนสามารถทำหน้าที่เป็นตัวแทนเสริมแรงเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของวัสดุและความเสถียรของมิติ สิ่งนี้เป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการรักษาการติดต่อที่ดีระหว่างส่วนประกอบเป็นรอบแบตเตอรี่ นอกจากนี้พื้นที่ผิวที่สูงและการนำไฟฟ้าของกราฟีนสามารถสร้างเครือข่าย percolation ภายในอิเล็กโทรไลต์ซึ่งอาจช่วยเพิ่มการนำไอออนิกโดยรวม

สำหรับอิเล็กโทรไลต์เซรามิกการเพิ่มกราฟีนได้แสดงให้เห็นถึงสัญญาในการปรับปรุงความทนทานและความยืดหยุ่นของวัสดุ สิ่งนี้กล่าวถึงข้อ จำกัด ที่สำคัญอย่างหนึ่งของอิเล็กโทรไลต์เซรามิก - ความเปราะบางของพวกเขา - โดยไม่ลดระดับการนำไอออนิกสูงอย่างมีนัยสำคัญ

บทสรุป

การพัฒนาวัสดุใหม่สำหรับเซลล์แบตเตอรี่สถานะของแข็งเทคโนโลยีกำลังก้าวหน้าอย่างรวดเร็วมีแนวโน้มว่าจะเป็นอนาคตของโซลูชั่นการจัดเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพและมีความจุสูงกว่า จากอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ซัลไฟด์และออกไซด์ไปจนถึงการรวมกราฟีนในส่วนประกอบแบตเตอรี่ต่างๆนวัตกรรมเหล่านี้กำลังปูทางสำหรับแบตเตอรี่รุ่นต่อไปที่สามารถให้พลังงานทุกอย่างตั้งแต่สมาร์ทโฟนไปจนถึงเครื่องบินไฟฟ้า

ในขณะที่การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปและกระบวนการผลิตได้รับการขัดเกลาเราสามารถคาดหวังว่าจะเห็นว่าแบตเตอรี่ของโซลิดสเตตมีการแข่งขันสูงขึ้นเรื่อย ๆ และในที่สุดก็มีเทคโนโลยีลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม ผลประโยชน์ที่อาจเกิดขึ้นในแง่ของความปลอดภัยความหนาแน่นพลังงานและอายุยืนทำให้แบตเตอรี่ของโซลิดสเตตเป็นโอกาสที่น่าตื่นเต้นสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

หากคุณกำลังมองหาที่จะอยู่ในระดับแนวหน้าของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ให้พิจารณาสำรวจโซลูชั่นโซลูชันที่ทันสมัยที่นำเสนอโดย Ebattery ทีมผู้เชี่ยวชาญของเราทุ่มเทเพื่อให้บริการโซลูชั่นการจัดเก็บพลังงานที่ทันสมัยซึ่งปรับให้เหมาะกับความต้องการเฉพาะของคุณ สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมหรือเพื่อหารือว่าเทคโนโลยีแบตเตอรี่โซลิดสเตตของเราจะเป็นประโยชน์ต่อโครงการของคุณได้อย่างไรอย่าลังเลที่จะติดต่อเราได้ที่cathy@zyepower.com- มาใช้พลังงานในอนาคตพร้อมกับเทคโนโลยีโซลิดสเตตขั้นสูง!

การอ้างอิง

1. Zhang, L. , et al. (2022) "วัสดุขั้นสูงสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตต: ความท้าทายและโอกาส" พลังงานธรรมชาติ, 7 (2), 134-151

2. Chen, R. , et al. (2021) "อินเทอร์เฟซเสริมกราฟีนในแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต" วัสดุพลังงานขั้นสูง, 11 (15), 2100292

3. Kim, J.G. , et al. (2023) "ซัลไฟด์กับอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์: การศึกษาเปรียบเทียบสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตตรุ่นต่อไป" วารสารแหล่งพลังงาน, 545, 232285

4. Wang, Y. , et al. (2020) "อิเล็กโทรไลต์คอมโพสิตพอลิเมอร์-เซรามิกสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต: รีวิว" วัสดุจัดเก็บพลังงาน, 33, 188-207

5. Li, X. , et al. (2022) "ความก้าวหน้าล่าสุดของวัสดุที่ใช้กราฟีนสำหรับแอพพลิเคชั่นแบตเตอรี่โซลิดสเตต" วัสดุการทำงานขั้นสูง, 32 (8), 2108937