סטטוס מחקר וסיכוי לסוללת ליתיום-יון בטמפרטורה נמוכה
עם התפתחות מהירה של שילוב צבאי-אזרחי ובניית טכנולוגיה ומודרניזציה צבאית ואזרחית, הביקוש לסוללות ליתיום-יון אולטרה-נמוכות במיוחד, באזורים אלפיניים כמו מישורים, אוקיינוסים עמוקים, אזורים קוטביים, ואזורים קרים במיוחד, כמו גובה נמוך ומרחב, מהווים חשיבות רבה לאסטרטגיה מדעית. מתאימים ליישום רכבי אנרגיה חדשים, תחנות בסיס 5G, מל"טים צבאיים ומערכות ניווט בידו וכו ', גם היא גוברת. סוללות ליתיום-יון מסורתיות אינן יכולות עוד לעמוד בביקוש לאחסון אנרגיה ושחרור בסביבות הנמוכות לעיל. הדרכים האפקטיביות לשיפור הביצועים של סוללות ליתיום-יון בטמפרטורה נמוכה מסוכמות משלושה היבטים, כלומר שינוי חומרי סוללה, התאמת רכיבי אלקטרוליט ומבנה ממסים, ועיצוב מערכת ניהול תרמית סוללה (BTMs), בהתאמה, הניתן למחקרים נמוך-מוליכים נמוך-מוליכים עם סוללה.
מילות מפתח: סוללת ליתיום-יון; טמפרטורה נמוכה; מצב המחקר הנוכחי
עם התפתחות מהירה של אינטגרציה צבאית-אזרחית כמו גם בנייה טכנולוגית צבאית ואזרחית ומודרניזציה, הביקוש לסוללות ליתיום-יון קריוגניות ואולטרה-נמוכות, גדל באזורים אלפיניים כמו ים עמוק, אזורים קוטביים, ואזורים קרים במיוחד כמו גובה גבוה ומרחב גבוה, שהם מרחב מדעי חשובים. כל האזורים לעיל נמצאים בסביבות טמפרטורה קשות, וסוללות ליתיום-יון מסורתיות אינן יכולות עוד לענות על הביקוש לאחסון אנרגיה ושחרור באזורים אלה [2].
בצבא, יישום סוללות ליתיום-יון בטמפרטורה נמוכה מכסה סניפים רבים של הצבא, כמו אדמה, ים, אוויר ושמיים. בין אם מדובר בבסיסים צבאיים גדולים או לחולית החיילים היחידה, מרכבי אוויר וחלל או לציוד מתחת למים, ממערכת הניווט והתקשורת של בידו וכלה במטוסים קרביים בלתי מאוישים, סוללות ליתיום-יון קריוגניות ממלאות תפקיד חשוב מאוד בה.
בצד האזרחי, עם מדרונות הסבסוד החדשים של רכב האנרגיה וכמה מפעילי טלקום לאומיים גדולים כדי להאיץ את הקידום של בניית אחסון אנרגיה של תחנת בסיס 5G, מתאימים לרכב האנרגיה החדש ולביקוש תחנת הבסיס של 5G לעליית הביקוש של סוללות ליתיום-יון בעלות נמוכה בעלות נמוכה. 2021, הקיבולת המותקנת המקומית של סוללות כוח הגיעה ל -159.6 ג'יגה -וואט, אך לצפון האזור עם תנאי מזג אוויר קיצוניים כמו חורף, טווח רכב האנרגיה החדש מושפע ברצינות מהקילומטראז '. הקילומטראז 'של רכבי אנרגיה חדשים מושפע ברצינות, ולכן חשוב מאוד לפתח סוללות ליתיום-יון בטמפרטורה נמוכה המותאמות לפעילות בסביבות קרה. בתחום היישומים של תחנות בסיס 5G, היתרון התחרותי המכריע של סוללות פוספט ברזל ליתיום ברזל בטמפרטורה נמוכה הוכר זה מכבר על ידי התעשייה, סוללת כוח גיבוי של מגדל התקשורת על ידי סוללות ליתיום ברזל פוספט כדי להחליף בהדרגה את סוללות חומצות ההובלה היא המגמה הבלתי נמנעת של התפתחות התעשייה.
הטמפרטורה משפיעה על תהליך העברת המסה ותהליך העברת הטעינה של סוללות ליתיום-יון בתהליך הטעינה והפרקה. האטת הקצב הקינטי של יון ליתיום בטמפרטורה נמוכה היא הגורם החשוב ביותר המשפיע על הביצועים האלקטרוכימיים שלו. איור 1 מציג תרשים סכמטי של תהליך הטעינה של סוללת ליתיום-יון בטמפרטורות נמוכות [3], ממנו ניתן לראות כי נדידת יוני ליתיום עוברת את התהליכים הבאים במהלך טעינה ופריקה [3]: (א) הובלת יוני ליתיום מומסים בשלב הנוזל; (ב) תהליך פיתרון\/ביטול; (ג) העברת יוני ליתיום בממשקי הפאזה (כולל סרט SEI בממשק המוצק\/האלקטרוליט וסרט ה- CEI בממשק הקתודה\/האלקטרוליט); (ד) נדידת יוני ליתיום בשלב המוצק. בין תהליכים אלה, (א) ו- (ד) הם תהליכי העברת המונים ו- (B) ו- (C) הם תהליכי העברת חיוב. בטמפרטורות נמוכות, המוליכות היונית של האלקטרוליט פוחתת, הפיתרון\/התמוטטות של יוני ליתיום הופכת לקשה יותר, וקצב ההגירה של יוני ליתיום הן בתוך החומר הפעיל האלקטרתי והן בממשק השלב המוצק נוזל פוחת באופן דרמטי, שכולן גורמות לשפלות רצינית של ביצועי הסוללה; ומשטח האנודה חשוף לציפוי ליתיום ולגידול דנדריטי ליתיום, הגורם לכישלון סוללה ויוצר סכנה בטיחותית. על מנת לשפר בעיות אלה, החוקרים שיפרו את הביצועים בטמפרטורה נמוכה של סוללות ליתיום-יון באמצעות שינוי חומרים חיוביים ושליליים של הסוללה, התאמת רכיבי אלקטרוליט ומבנה ממסים, כמו גם תכנון של מערכת ניהול תרמית סוללה רציונלית (BTMs) כדי להסתגל לסביבה הנמוכה הנמוכה.
