Mae batris lithiwm cyflwr solid yn cael eu hystyried yn "dechnoleg batri eithaf", ond mae'r broblem rhwystriant rhyngwyneb rhwng yr electrolyt solet a'r electrodau positif a negyddol bob amser wedi bod yn dagfa sy'n rhwystro eu cynhyrchiad màs. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae gwyddonwyr wedi goresgyn y rhwystr hwn yn raddol trwy addasu rhyngwyneb, paru deunyddiau, a phrosesu arloesedd, gan alluogi celloedd batri cyflwr solid i symud o ddata labordy i gynhyrchu treialon masnachol.
1 Gwraidd Rhwystr Rhyngwyneb: Heriau Deuol Ffiseg a Chemeg
Mae achos sylfaenol rhwystriant rhyngwyneb yn gorwedd mewn "cyswllt gwael". Mae electrolytau solid yn serameg anhyblyg yn bennaf (fel LLZO), gyda bylchau corfforol rhyngddynt a deunyddiau electrod hyblyg, gan arwain at ardal gyswllt o ddim ond 30% -50%, sy'n rhwystro llwybr dargludiad ïonau lithiwm. Hyd yn oed yn fwy heriol yw mater cydnawsedd cemegol. Pan ddaw electrolytau sylffid i gysylltiad â chathodau nicel uchel, mae adweithiau rhyngwyneb yn digwydd i gynhyrchu cyfnodau inswleiddio fel li ∝ po ₄, gan achosi i'r rhwystriant gynyddu'n barhaus yn ystod beicio. Ar ôl 50 cylch, mae rhwystriant rhyngwyneb cell batri cyflwr solid sylffid penodol yn cynyddu deirgwaith, ac mae'r pydredd capasiti yn cyrraedd 40%.
Mae dylanwad tymheredd ar rwystr rhyngwyneb yn fwy arwyddocaol. Mae dargludedd ïonig electrolytau solet yn sensitif i dymheredd. Ar -20 gradd, mae dargludedd electrolytau cerameg llzo yn gostwng o 10 ⁻⁴ s/cm ar dymheredd yr ystafell i 10 ⁻⁶ s/cm, tra bod y rhwystriant rhyngwyneb yn cynyddu fwy na 10 gwaith, gan arwain at y gell bron yn methu â gweithredu ar dymheredd isel.
2 Technoleg Addasu Rhyngwyneb: Llunio sianeli dargludiad effeithlon
Mae'r dechnoleg "Haen Clustogi Graddiant" a ddatblygwyd gan Dîm Academi Gwyddorau Tsieineaidd yn cyflwyno Li ∝ Po ₄ - Li ₂ CO ∝ Haen gyfansawdd rhwng yr electrolyt a'r electrod positif, sy'n dileu bylchau corfforol ac yn atal adweithiau ochr, gan leihau lefel y batio rhwng 70%, a chynyddu cyllideb a chynyddu'r Tymheredd a Chynyddu Tymheredd y Batiau a Chynyddwch y Batiau a Chynyddu Tymheredd y Batiau a Chynyddwch y Batiau. electrolyt. Mae cwmni o Japan yn mabwysiadu'r dechnoleg "dyddodiad haen atomig" i adneuo ffilm al ₂ O3 5nm o drwch ar wyneb yr electrolyt, sy'n gwella'r grym bondio rhyngwynebol fel "glud moleciwlaidd" ac yn gwneud i'r bywyd beicio fod yn fwy na 1000 o weithiau.
Triniaeth cyn lithiation yw'r allwedd i ddatrys y broblem rhyngwyneb electrod negyddol. Mae mewnblannu lithiwm metelaidd cyn ar wyneb electrod negyddol wedi'i seilio ar silicon yn ffurfio haen aloi lithiwm sefydlog, a all osgoi adweithio uniongyrchol rhwng electrolyt solet a silicon. Mae rhwystriant rhyngwyneb electrod negyddol cell batri solet wedi'i lithio ymlaen llaw yn cael ei leihau 60%, a chynyddir yr effeithlonrwydd rhyddhau gwefr cyntaf o 75%i 92%.
3 Paru Deunydd ac Arloesi Proses: Cyflymu cynhyrchu a gweithredu màs
Mae dyluniad cydnawsedd materol yr un mor hanfodol. Mae gan electrolytau solid sylffid (fel Li ₇ p ∝ s ₁₁) gydnawsedd gwael â chathodau nicel uchel. Mae menter benodol wedi datblygu "catod cyfoethog manganîs" (Ni60% MN30% CO10%) i leihau'r adweithedd â sylffidau a chynyddu'r oes beicio o 200 i 1000 o gylchoedd. Mae electrolytau polymer (fel PEO) yn fwy cydnaws â ffosffad haearn lithiwm, a gall y celloedd batri cyflwr solid ynghyd â'r ddau gynnal cyfradd cadw capasiti o 85% hyd yn oed ar ôl 1500 cylch ar 60 gradd, gan eu gwneud yn ddatrysiad posibl ym maes storio ynni.
Mae arloesi technolegol yn cyflymu'r broses cynhyrchu màs. Mae'n anodd sicrhau cysylltiad agos rhwng y broses "pecynnu pentyrru" draddodiadol rhwng yr electrolyt solet a'r electrod. Mae'r dechnoleg "Mowldio Gwasgu Pwysau" sydd newydd ei datblygu yn integreiddio'r tri phwysau o dan 150 gradd a 10mpa, gydag ardal gyswllt rhyngwyneb o dros 95%. Mae llinell gynhyrchu treial celloedd batri cyflwr solid o gwmni ceir penodol yn mabwysiadu'r broses hon, gyda chynhwysedd llinell sengl o 1GWh a gostyngiad mewn costau o 60% o'i gymharu â cham y labordy, gan osod y sylfaen ar gyfer cymhwysiad ar raddfa fawr yn 2027.