Elektrisõidukite kiire arenguga kogu maailmas on elektrisõidukite turu suurus 2020. aastal jõudnud 1 triljoni dollarini ja kasvab ka tulevikus enam kui 20% aastas. Seetõttu on elektrisõidukitel kui peamisel transpordiliigil energiaakude jõudlusnõuded üha kõrgemad ning aku lagunemise mõju aku jõudlusele madala temperatuuriga keskkondades ei tohiks ignoreerida. Aku lagunemise peamised põhjused madala temperatuuriga keskkondades on järgmised: Esiteks mõjutab madal temperatuur aku väikest sisemist takistust, termilise difusiooni ala on suur ja aku sisetakistus suureneb. Teiseks, aku sees ja väljaspool laengu ülekandevõime on halb, aku deformatsioon tekib siis, kui kohalik pöördumatu polarisatsioon. Kolmandaks on elektrolüüdi molekulaarse liikumise madal temperatuur aeglane ja seda on temperatuuri tõustes raske õigeaegselt hajutada. Seetõttu on aku madalal temperatuuril lagunemine tõsine, mille tulemuseks on aku jõudluse tõsine halvenemine.
1 、 Madala temperatuuriga akutehnoloogia olek
Madalatel temperatuuridel valmistatud liitiumioonakude tehnilised ja materjali jõudlusnõuded on kõrged. Liitiumioonaku jõudluse tõsine halvenemine madala temperatuuriga keskkonnas on tingitud sisemise takistuse suurenemisest, mis põhjustab elektrolüütide difusiooni raskusi ja lüheneb rakutsükli eluiga. Seetõttu on madala temperatuuriga akutehnoloogia uurimine viimastel aastatel mõningaid edusamme teinud. Traditsioonilistel kõrge temperatuuriga liitiumioonakudel on kõrgel temperatuuril halb jõudlus ja nende jõudlus on madala temperatuuri tingimustes endiselt ebastabiilne; suur hulk madala temperatuuriga elemente, väike võimsus ja halb madala temperatuuriga tsükli jõudlus; polarisatsioon on madalal temperatuuril oluliselt tugevam kui kõrgel temperatuuril; elektrolüüdi suurenenud viskoossus madalal temperatuuril vähendab laadimis- ja tühjendustsüklite arvu; elementide ohutus ja aku tööiga madalal temperatuuril; ja vähenenud jõudlus madalal temperatuuril kasutamisel. Lisaks on aku lühike eluiga madalal temperatuuril ja madala temperatuuriga elementide ohutusriskid esitanud uusi nõudeid toiteakude ohutusele. Seetõttu on madala temperatuuriga liitiumioonakude uurimise keskmes stabiilsete, ohutute, usaldusväärsete ja pika tööeaga akumaterjalide väljatöötamine madala temperatuuriga keskkondades. Praegu on mitu madala temperatuuriga liitiumioonaku materjali: (1) liitiummetalli anoodi materjalid: liitiummetalli kasutatakse laialdaselt elektrisõidukites, kuna sellel on kõrge keemiline stabiilsus, kõrge elektrijuhtivus ning madala temperatuuriga laadimis- ja tühjendusjõudlus; (2) süsinikanoodi materjale kasutatakse elektrisõidukites laialdaselt nende hea kuumakindluse, madala temperatuuriga tsükli jõudluse, madala elektrijuhtivuse ja madala temperatuuriga tsükli kestuse tõttu madalatel temperatuuridel; (3) Süsinikanoodi materjale kasutatakse elektrisõidukites laialdaselt nende hea kuumakindluse, madala temperatuuri tsükli jõudluse, madala elektrijuhtivuse ja madala temperatuuriga tsükli eluea tõttu. sisse; (3) orgaanilised elektrolüüdid toimivad hästi madalal temperatuuril; (4) polümeeri elektrolüüdid: polümeeri molekulaarahelad on suhteliselt lühikesed ja kõrge afiinsusega; (5) anorgaanilised materjalid: anorgaanilistel polümeeridel on head jõudlusparameetrid (juhtivus) ja elektrolüütide aktiivsuse hea ühilduvus; (6) metallioksiide on vähem; (7) anorgaanilised materjalid: anorgaanilised polümeerid jne.
2 、 Madala temperatuuri keskkonna mõju liitiumakule
Liitiumakude tsükli eluiga sõltub peamiselt tühjendusprotsessist, samas kui madal temperatuur on tegur, mis mõjutab liitiumakude eluiga rohkem. Tavaliselt toimub madala temperatuuriga keskkonnas aku pinna faasimuutus, mis põhjustab pinnastruktuuri kahjustusi, millega kaasneb võimsuse ja elemendi mahu vähenemine. Kõrge temperatuuri tingimustes tekib rakus gaas, mis kiirendab termilist difusiooni; madalal temperatuuril ei saa gaasi õigeaegselt tühjendada, kiirendades aku vedeliku faasimuutust; mida madalam on temperatuur, seda rohkem gaasi tekib ja seda aeglasem on akuvedeliku faasimuutus. Seetõttu on aku sisemine materjalivahetus madalal temperatuuril drastilisem ja keerulisem ning aku materjali sees on lihtsam tekitada gaase ja tahkeid aineid; samal ajal põhjustab madal temperatuur mitmeid hävitavaid reaktsioone, nagu pöördumatu keemilise sideme katkemine katoodi materjali ja elektrolüüdi vahelisel liidesel; see toob kaasa ka elektrolüütide isekoostumise ja tsükli eluea lühenemise; liitiumioonide laengu ülekandmise võime elektrolüüdile väheneb; Laadimis- ja tühjendusprotsess põhjustab mitmeid ahelreaktsioone, nagu polarisatsiooninähtus liitiumioonide laengu ülekande ajal, aku mahu vähenemine ja sisemise pinge vabanemine, mis mõjutab liitiumioonakude tsükli eluiga ja energiatihedust ning muid funktsioone. Mida madalam on temperatuur madalal temperatuuril, seda intensiivsemad ja keerukamad on erinevad hävitavad reaktsioonid, nagu redoksreaktsioon aku pinnal, termiline difusioon, faasimuutus rakus ja isegi täielik hävitamine, mis omakorda vallandavad rea ahelreaktsioone, nagu elektrolüüt. isekoost, mida aeglasem on reaktsioonikiirus, seda tõsisem on aku mahu vähenemine ja seda halvem on liitiumioonide laengu migratsioonivõime kõrgel temperatuuril.
3、 Madal temperatuur liitiumaku tehnoloogia uurimise väljavaadete edenemisel
Madala temperatuuriga keskkonnas mõjutab see aku ohutust, tsükli eluiga ja elemendi temperatuuri stabiilsust ning madala temperatuuri mõju liitiumakude elueale ei saa eirata. Praegu on membraani, elektrolüütide, positiivsete ja negatiivsete elektroodide materjale ja muid meetodeid kasutav madala temperatuuriga akutehnoloogia uurimis- ja arendustegevus teinud mõningaid edusamme. Tulevikus tuleks madala temperatuuriga liitiumaku tehnoloogia arendamist parandada järgmistest aspektidest: (1) liitiumaku materjalisüsteemi arendamine, millel on kõrge energiatihedus, pikk kasutusiga, madal sumbumine, väike suurus ja madalad kulud madalal temperatuuril. ; (2) aku sisetakistuse kontrolli pidev täiustamine konstruktsiooni ja materjali ettevalmistamise tehnoloogia abil; (3) suure võimsusega ja odava liitiumaku süsteemi väljatöötamisel tuleks tähelepanu pöörata elektrolüütide lisanditele, liitiumioonidele ning anoodi- ja katoodliidesele ning sisemisele aktiivsele materjalile ja muudele võtmeteguritele; (4) parandada aku tsükli jõudlust (laadimise ja tühjenemise erienergia), aku termilist stabiilsust madala temperatuuriga keskkonnas, liitiumakude ohutust madala temperatuuriga keskkonnas ja muid akutehnoloogia arengusuundi; (5) töötama välja kõrge ohutusnäitaja, kõrge hinnaga ja madala hinnaga akusüsteemide lahendused madala temperatuuri tingimustes; (6) töötada välja madala temperatuuriga akudega seotud tooteid ja edendada nende kasutamist; (7) töötada välja suure jõudlusega madala temperatuuriga vastupidavad akumaterjalid ja seadmetehnoloogia.
Loomulikult on lisaks ülaltoodud uurimissuundadele ka palju uurimissuundi aku jõudluse edasiseks parandamiseks madalatel temperatuuridel, madala temperatuuriga akude energiatiheduse parandamiseks, aku lagunemise vähendamiseks madala temperatuuriga keskkondades, aku eluea pikendamiseks ja muudeks uuringuteks. edusammud; kuid olulisem küsimus on see, kuidas saavutada kõrge jõudluse, kõrge ohutuse, madalate kuludega, suure ulatusega, pika eluea ja madala hinnaga akude kommertsialiseerimine madala temperatuuri tingimustes on praegune Teadusuuringud peavad keskenduma läbimurdmisele ja probleemi lahendamisele.
Postitusaeg: 22.11.2022