Lityum batareyalarda lityum qoplama fenomenini o'rganish: batareya xavfsizligi va ishlashini himoya qilishning kaliti.

Hey, do'stlar! Mobil telefonlar va noutbuklar kabi har kuni yashay olmaydigan elektron qurilmalarda asosiy energiya manbai nima ekanligini bilasizmi? To'g'ri, bu lityum batareyalar. Ammo siz lityum batareyalardagi biroz muammoli hodisani - lityum qoplamani tushunasizmi? Bugun keling, lityum batareyalarda lityum qoplama hodisasini chuqur o'rganib chiqamiz, bu nima ekanligini, qanday ta'sir ko'rsatishini va u bilan qanday kurashishimiz mumkinligini tushunamiz.

I. Lityum batareyalarda lityum qoplama nima?

Lityum batareyalardagi lityum qoplama batareyalar dunyosida "kichik baxtsiz hodisa" kabidir. Oddiy qilib aytganda, muayyan sharoitlarda akkumulyatordagi litiy ionlari salbiy elektrodga yaxshi joylashishi kerak, aksincha, ular salbiy elektrod yuzasida yomon cho'kadi va xuddi kichik shoxchalar o'sib chiqqani kabi metall litiyga aylanadi. Biz buni lityum dendrit deb ataymiz. Bu hodisa odatda past haroratli muhitda yoki batareya qayta-qayta zaryadlangan va zaryadsizlanganda sodir bo'ladi. Chunki bu vaqtda musbat elektroddan chiqadigan litiy ionlari odatda manfiy elektrodga kiritilmaydi va faqat salbiy elektrod yuzasida "lager o'rnatishi" mumkin.

II. Nima uchun lityum qoplama paydo bo'ladi?

Lityum qoplama fenomeni hech qanday sababsiz paydo bo'lmaydi. Bunga ko'plab omillarning birgalikdagi ta'siri sabab bo'ladi.

Birinchidan, agar salbiy elektrodning "kichik uyi" etarlicha katta bo'lmasa, ya'ni manfiy elektrod sig'imi musbat elektroddan ishlaydigan barcha litiy ionlarini joylashtirish uchun etarli bo'lmasa, ortiqcha litiy ionlari faqat yuzasida cho'kishi mumkin. salbiy elektrod.

Ikkinchidan, zaryad olayotganda ehtiyot bo'ling! Agar past haroratlarda, katta oqim bilan yoki ortiqcha zaryad olayotgan bo'lsa, bu salbiy elektrodning "kichik uyiga" bir vaqtning o'zida juda ko'p mehmonlar kelishiga o'xshaydi. U bunga bardosh bera olmaydi va lityum ionlarini o'z vaqtida kiritib bo'lmaydi, shuning uchun lityum qoplama fenomeni paydo bo'ladi.

Bundan tashqari, agar batareyaning ichki tuzilishi oqilona ishlab chiqilmagan bo'lsa, masalan, ajratgichda ajinlar bo'lsa yoki batareya xujayrasi deformatsiyalangan bo'lsa, bu lityum ionlarining uyga qaytishiga ta'sir qiladi va ularni to'g'ri yo'nalishni topa olmaydi. osongina lityum qoplamaga olib kelishi mumkin.

Bundan tashqari, elektrolitlar litiy ionlari uchun "kichik yo'riqnoma" ga o'xshaydi. Agar elektrolitlar miqdori etarli bo'lmasa yoki elektrod plitalari to'liq infiltratsiya qilinmasa, lityum ionlari yo'qoladi va litiy qoplamasi paydo bo'ladi.

Nihoyat, salbiy elektrod yuzasida SEI filmi ham juda muhim! Agar u juda qalin bo'lsa yoki shikastlangan bo'lsa, lityum ionlari salbiy elektrodga kira olmaydi va lityum qoplama fenomeni paydo bo'ladi.

III. Lityum qoplamani qanday hal qilishimiz mumkin?

Xavotir olmang, bizda lityum qoplama bilan kurashish usullari mavjud.

Biz batareya tuzilishini optimallashtirishimiz mumkin. Misol uchun, batareyani yanada oqilona loyihalash, Overhang deb nomlangan maydonni qisqartirish, ko'p yorliqli dizayndan foydalanish va lityum ionlarining yanada silliq oqishini ta'minlash uchun N/P nisbatini sozlang.

Batareyani zaryadlash va zaryadsizlantirish sharoitlarini nazorat qilish ham juda muhimdir. Bu litiy ionlari uchun tegishli "yo'l harakati qoidalari" ni tartibga solishga o'xshaydi. Zaryadlash va tushirish kuchlanishini, oqim va haroratni nazorat qiling, shunda lityum qoplama reaktsiyasi kamroq bo'ladi.

Elektrolitlar tarkibini yaxshilash ham yaxshi. Elektrolitni yaxshiroq qilish uchun biz lityum tuzlari, qo'shimchalar yoki birgalikda erituvchilarni qo'shishimiz mumkin. Bu nafaqat elektrolitlarning parchalanishini inhibe qilishi, balki lityum qoplama reaktsiyasini ham oldini oladi.

Salbiy elektrod materialini ham o'zgartirishimiz mumkin. Bu salbiy elektrodga "himoya kiyimi" qo'yishga o'xshaydi. Sirt qoplamasi, doping yoki qotishma kabi usullar orqali biz salbiy elektrodning barqarorligi va lityumga qarshi qoplama qobiliyatini yaxshilashimiz mumkin.

Albatta, batareyani boshqarish tizimi ham muhim ahamiyatga ega. Bu batareyaning xavfsiz sharoitlarda ishlashini ta'minlash, ortiqcha zaryadlash va zaryadsizlanishdan qochish va lityum qoplama xavfini kamaytirish uchun real vaqt rejimida zaryadlash va zaryadlash jarayonini kuzatuvchi va aqlli ravishda boshqaradigan aqlli "butler" ga o'xshaydi.

IV. Lityum qoplama batareyalarga qanday ta'sir qiladi?

Lityum qoplama yaxshi narsa emas! Bu batareya ichida lityum dendritlarning o'sishiga olib keladi. Ushbu litiy dendritlari kichik muammolarga o'xshaydi. Ular ajratgichga kirib, ichki qisqa tutashuvga olib kelishi mumkin, bu juda xavflidir. Ehtimol, bu termal qochib ketish va xavfsizlik baxtsiz hodisalarini keltirib chiqarishi mumkin. Bundan tashqari, lityum qoplama jarayonida lityum ionlari soni kamayadi va batareya quvvati ham pasayadi va batareyaning ishlash muddatini qisqartiradi.

V. Past haroratli muhit va lityum qoplama o'rtasidagi bog'liqlik qanday?

Past haroratli muhitda elektrolitlar yopishqoq bo'ladi. Salbiy elektrodda lityum yog'inlari yanada qattiqroq bo'ladi, zaryad o'tkazish empedansi ortadi va kinetik sharoitlar ham yomonlashadi. Ushbu omillar birgalikda lityum qoplama fenomeniga yoqilg'i qo'shish, lityum batareyalarni past haroratli muhitda lityum qoplamaga ko'proq moyil qilish va batareyaning bevosita ishlashi va uzoq muddatli sog'lig'iga ta'sir qilish kabidir.

VI. Batareyani boshqarish tizimi lityum qoplamani qanday kamaytirishi mumkin?

Batareyani boshqarish tizimi juda kuchli! U real vaqtda batareya parametrlarini kuzatishi mumkin, xuddi bir juft o'tkir ko'zlar kabi, doimo batareyaning holatini kuzatadi. Keyin lityum ionlarini itoatkor qilish uchun zaryadlash strategiyasini ma'lumotlarga muvofiq sozlang.

Shuningdek, u batareyani zaryadlash egri chizig'idagi g'ayritabiiy o'zgarishlarni aniqlashi mumkin. Aqlli detektiv kabi, u lityum qoplama hodisasini oldindan bashorat qilishi va undan qochishi mumkin.

Issiqlik boshqaruvi ham juda muhim! Batareyani boshqarish tizimi ish haroratini nazorat qilish uchun batareyani isitish yoki sovutish va lityum ionlarini lityum qoplama xavfini kamaytirish uchun tegishli haroratda harakatlanishiga imkon beradi.

Balansli zaryadlash ham muhim ahamiyatga ega. Bu har bir lityum ioniga o'zining "kichik xonasini" topishga imkon bergandek, batareya to'plamidagi har bir akkumulyator teng ravishda zaryadlanishini ta'minlaydi.

Bundan tashqari, materialshunoslik sohasidagi yutuqlar orqali biz batareyani kuchliroq qilish uchun salbiy elektrod materialini va batareyaning strukturaviy dizaynini optimallashtirishimiz mumkin.

Va nihoyat, zaryadlash tezligini va oqim taqsimotini sozlash ham juda muhimdir. Haddan tashqari mahalliy oqim zichligidan saqlaning va lityum ionlarini manfiy elektrodga xavfsiz kiritish uchun o'rtacha zaryadlash kuchlanishini o'rnating.

Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, lityum batareyalarda lityum qoplama hodisasi biroz muammoli bo'lsa-da, uning sabablarini chuqur tushunib, samarali profilaktika va nazorat choralarini ko'rsak, biz lityum batareyalarni xavfsizroq qilishimiz, yaxshi ishlashi va xizmat qilish muddatini uzaytirishimiz mumkin. Lityum batareyalarimizni himoya qilish uchun birgalikda harakat qilaylik!