التقدم المحرز في تطوير تكنولوجيا بطارية الليثيوم الطاقة ذات درجة الحرارة المنخفضة

إن متطلبات الأداء الفني والمادي لبطاريات طاقة الليثيوم أيون المحضرة في درجات حرارة منخفضة مرتفعة. يرجع التدهور الخطير في أداء بطارية طاقة الليثيوم أيون في بيئة ذات درجات حرارة منخفضة إلى زيادة المقاومة الداخلية، مما يؤدي إلى صعوبة انتشار المنحل بالكهرباء وتقصير عمر دورة الخلية. ولذلك، فإن البحث في تكنولوجيا بطاريات الطاقة ذات درجة الحرارة المنخفضة قد أحرز بعض التقدم في السنوات الأخيرة. تتميز بطاريات الليثيوم أيون التقليدية ذات درجة الحرارة العالية بأداء ضعيف في درجات الحرارة المرتفعة، ولا يزال أدائها غير مستقر في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة؛ حجم كبير من الخلايا ذات درجات الحرارة المنخفضة، والقدرة المنخفضة، وضعف أداء دورة درجات الحرارة المنخفضة؛ يكون الاستقطاب أقوى بكثير عند درجة الحرارة المنخفضة منه عند درجة الحرارة المرتفعة؛ زيادة لزوجة المنحل بالكهرباء عند درجة حرارة منخفضة يؤدي إلى انخفاض في عدد دورات الشحن / التفريغ؛ انخفاض سلامة الخلايا وتقليل عمر البطارية عند درجات الحرارة المنخفضة؛ وانخفاض الأداء في الاستخدام في درجات حرارة منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، فإن دورة حياة البطارية القصيرة عند درجة حرارة منخفضة ومخاطر السلامة للخلايا ذات درجة الحرارة المنخفضة قد وضعت متطلبات جديدة لسلامة بطاريات الطاقة. ولذلك، فإن تطوير مواد بطاريات الطاقة المستقرة والآمنة والموثوقة وطويلة العمر للبيئات ذات درجات الحرارة المنخفضة هو محور البحث في بطاريات الليثيوم أيون منخفضة الحرارة. في الوقت الحاضر، هناك العديد من مواد بطاريات الليثيوم أيون ذات درجة الحرارة المنخفضة: (1) مواد أنود معدن الليثيوم: يستخدم معدن الليثيوم على نطاق واسع في السيارات الكهربائية بسبب ثباته الكيميائي العالي، وموصليته الكهربائية العالية، وأداء الشحن والتفريغ في درجات الحرارة المنخفضة؛ (2) تستخدم مواد أنود الكربون على نطاق واسع في السيارات الكهربائية بسبب مقاومتها الجيدة للحرارة، وأداء دورة درجات الحرارة المنخفضة، والتوصيل الكهربائي المنخفض، وعمر دورة درجات الحرارة المنخفضة في درجات حرارة منخفضة؛ (3) تستخدم مواد أنود الكربون على نطاق واسع في السيارات الكهربائية بسبب مقاومتها الجيدة للحرارة، وأداء دورة درجات الحرارة المنخفضة، والتوصيل الكهربائي المنخفض، وعمر دورة درجات الحرارة المنخفضة. في؛ (3) الشوارد العضوية لها أداء جيد في درجات الحرارة المنخفضة؛ (4) إلكتروليتات البوليمر: سلاسل البوليمر الجزيئية قصيرة نسبيًا ولها درجة تقارب عالية؛ (5) المواد غير العضوية: تتمتع البوليمرات غير العضوية بمعايير أداء جيدة (الموصلية) وتوافق جيد بين نشاط المنحل بالكهرباء؛ (6) أكاسيد المعادن أقل؛ (7) المواد غير العضوية: البوليمرات غير العضوية، الخ.

يعتمد عمر دورة بطاريات الليثيوم بشكل أساسي على عملية التفريغ، في حين أن درجة الحرارة المنخفضة هي عامل له تأثير أكبر على عمر منتجات الليثيوم. عادةً، في ظل بيئة درجة حرارة منخفضة، سيخضع سطح البطارية لتغيير طوري مما يتسبب في تلف هيكل السطح، مصحوبًا بانخفاض في السعة وسعة الخلية. في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة، يتم توليد الغاز في الخلية، مما يؤدي إلى تسريع الانتشار الحراري؛ تحت درجة حرارة منخفضة، لا يمكن تفريغ الغاز في الوقت المناسب، مما يسرع تغيير الطور لسائل البطارية؛ كلما انخفضت درجة الحرارة، تم توليد المزيد من الغاز وكان تغيير الطور لسائل البطارية أبطأ. ولذلك، فإن تغيير المادة الداخلية للبطارية يكون أكثر جذرية وتعقيدًا في ظل درجات الحرارة المنخفضة، ومن الأسهل توليد الغازات والمواد الصلبة داخل مادة البطارية؛ وفي الوقت نفسه، ستؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى سلسلة من التفاعلات المدمرة مثل كسر الرابطة الكيميائية الذي لا رجعة فيه عند السطح البيني بين مادة الكاثود والكهارل؛ سيؤدي أيضًا إلى تقليل التجميع الذاتي للإلكتروليت ودورة الحياة؛ سيتم تقليل قدرة نقل شحنة أيون الليثيوم إلى المنحل بالكهرباء؛ ستتسبب عملية الشحن والتفريغ في سلسلة من التفاعلات المتسلسلة مثل ظاهرة الاستقطاب أثناء نقل شحنة الليثيوم أيون، وتسوس سعة البطارية وإطلاق الضغط الداخلي، مما يؤثر على عمر الدورة وكثافة الطاقة لبطاريات الليثيوم أيون وغيرها من الوظائف. كلما انخفضت درجة الحرارة عند درجة حرارة منخفضة، زادت كثافة وتعقيد التفاعلات التدميرية المختلفة مثل تفاعل الأكسدة والاختزال على سطح البطارية، والانتشار الحراري، وتغير الطور داخل الخلية وحتى التدمير الكامل الذي سيؤدي بدوره إلى سلسلة من التفاعلات المتسلسلة مثل المنحل بالكهرباء التجميع الذاتي، كلما كانت سرعة التفاعل أبطأ، كلما كان تسوس سعة البطارية أكثر خطورة، وضعف قدرة شحن شحن الليثيوم أيون عند درجة حرارة عالية.