Með hraðri þróun nýrra rafknúinna rafknúinna farartækja og rafknúinna flugvéla, byggir eftirspurnin eftir auknu akstursdrægi bæði á orku-þéttum litíum-jónarafhlöðum (LIB)

Með hraðri þróun nýrra rafknúinna rafknúinna farartækja og rafknúinna flugvéla, byggir eftirspurnin eftir auknu akstursdrægi í báðum í auknum mæli á -þéttum litíum-jónarafhlöðum (LIB).

Eins og er, í hefðbundnum fljótandi rafhlöðum, er áhrifarík flutningslengd Li+ jóna í gljúpu rafskautinu mikilvæg. Þessi lengd eykst með svæðisálagi, sem takmarkar beint-hraðhleðsluafköst. Ýmsar aðferðir hafa verið lagðar til í greininni, þar á meðal er rafskautsþynning ein helsta aðferðin til að bæta hraðafköst, en þessi aðferð kostar orkuþéttleika rafhlöðunnar.

Solid-rafhlöður, sem lokamarkmið rafhlöðna, standa frammi fyrir áskorunum umfram ávöxtun og kostnað; einn stærsti flöskuhálsinn er að leysa vandamálið við myndun litíumdendríts. Litíum málmur er efnilegasta rafskautaefnið fyrir rafhlöður, en vöxtur dendrits, mikil hvarfvirkni litíums og rúmmálsstækkun skapar öryggishættu fyrir litíum málm rafhlöður, sem hindrar hagnýta notkun litíummálmskauta í endurhlaðanlegum rafhlöðum.

Báðir þessir helstu sársaukapunktar benda nú á sömu lausnina: froðuðan kopar. Froðuður kopar, einnig þekktur sem 3D kopar, er nýtt rafhlöðuefni með marga einstaka eiginleika og kosti. Froðuður kopar er málmefni með miklum fjölda jafndreifðra samtengdra svitahola, sem sýnir góða leiðni og sveigjanleika. Í litíum-jónarafhlöðuforritum, samanborið við fyrstu-kynslóð koparþynnustraumsafnara og annarri-kynslóð samsettra straumsafna, tákna straumsafnarar úr froðumálmi þriðju kynslóðina. Þessi þriðja-kynslóð straumsafnara er einnig lykilatriði sem ákvarðar hvort Kína geti orðið fyrst í heiminum til að ná fram iðnvæðingu allra-föstra-rafhlaða.

Í fyrsta lagi hefur froðuður kopar, sem rafhlöðuefni, mikla leiðni, sem hjálpar til við að bæta hleðslu og afhleðslu skilvirkni rafhlöðunnar. Gljúp uppbygging þess eykur snertiflötinn milli rafskautsins og raflausnarinnar og bætir þar með orkuþéttleika rafhlöðunnar og stöðugleika hringrásarinnar. Hefðbundnir straumsafnarar (TCC), eins og solid málmþynnur, þar á meðal Cu og Al, skortir porosity og eru ógegndræpi fyrir raflausnina. Þess vegna auðvelda þessar TCC ekki Li+ flutning og takmarka Li+ flutning á milli rafskauta aðeins á aðra hlið, sem takmarkar hraðhleðslugetu-.

Aftur á móti gerir gljúpa hönnun froðuðs kopars Li+ jónum kleift að fara í gegnum bæði straumsafnarann ​​og skiljuna samtímis, þannig að áhrifaríka Li+ flutningsfjarlægð helmingar og eykur -takmarkaðan C-hraða dreifingarafköst um fjórfalt án þess að hafa áhrif á orkuþéttleika. Sem stendur hafa leiðandi innlendir og erlendir framleiðendur há{5}}afkastagetu rafhlöðu framkvæmt samanburðarrannsóknir. Samkvæmt nýjustu Nature greininni sýna rafhlöður sem nota þennan straumsafnara mikla sértæka orku (276 Wh kg⁻¹) og umtalsverða hraðhleðslugetu, virka á 4 C (78,3% C/C), 6 C (70,5% C/C) og 10 C (54,3% C/C). Þessi gljúpa straumsafnarhönnun er samhæf við núverandi rafhlöðuframleiðsluferla og aðrar hraðhleðsluaðferðir-, auðgar rafhlöðustillingar og gefur betri hugmyndir um hönnun næstu-kynslóðar rafhlöður.

Í öðru lagi, varðandi stærsta vandamálið í föstu-rafhlöðum-litíum dendrítmyndun-, þá stækkar mikið yfirborð koparfroðu rafskautssvæðið í raun og gefur til kynna virkari staði fyrir rafefnafræðileg viðbrögð. Þetta leiðir til meiri straumþéttleika og rafhlöðugetu. Meira um vert, stærra hvarfsvæðið þýðir minni einingastraum, sem mun bæta myndun litíumdendríts til muna. Það er nú þegar mikið notað í þéttum-rafhlöðum og föstu-rafhlöðum á rannsóknarstofum leiðandi rafhlöðuframleiðenda.

Ennfremur hefur koparfroðu einnig góðan vélrænan styrk og stöðugleika, sem getur staðist álagið sem myndast við rafhlöðuhjólreiðar, sem lengir endingu rafhlöðunnar. Þetta er líka mjög aðlaðandi fyrir solid-rafhlöður.

Hver GWst rafhlaða þarf 700 tonn af kopar fyrir 6m af koparþynnu og samsetti straumsafnarinn vegur um 300 tonn og þarf um 250 tonn af kopar. Froðuður kopar þarf aðeins um 100 tonn. Veruleg lækkun á koparnotkun, miðað við núverandi væntingar um langtíma-verðhækkanir á kopar, getur ekki aðeins sparað mikinn kostnað heldur einnig bætt orkuþéttleika rafhlöðunnar verulega.