Bushe Ubufumo bwa nomba ni shani?

Bushe amaka ya malaiti yacita shani nga yashintilila pa ncende imo, kabili mulandu nshi ici cikankala ku fintu fyonse ukufuma .amabatiri ya litiamu aya kuti yabwekeshapo amakamu mafoni ya ku minwe ukufika ku fya kupangapanga ifya kupangapanga? Ubufuuke bwa nomba bwasuka ici cipusho icacindama ukupitila mu kupima ubukulu bwa maka ya malaiti ayapita mu ciputulwa ca ciputulwa ca cintu. Ici cishinka cikalamba cipingula nga cakuti amabatiri ya lithium yashaja bwino nangu ukuonaika bwangu, nga cakuti umusebo ulebomba bwino nangu ukufilwa nga nshi, elyo nga cakuti inshila ya maka ya malaiti ilakonkanyapo nangu ilapanga ifilubo. Ukwishiba ubukulu bwa nomba kulalenga ba injiniya ukuwamya imibombele, ukusobela imibele ya fipe, no kupanga inshila ishilinganisha ukutwala amaka ne fishinte fya bucingililo.

Ubucindami bwa Kumfwikisha Ubufuuke bwa nomba

Ukufina kwa nomba line kwimininako ukusabankanya kwa mu ncende ukwa maka ya malaiti mu kati ka cipe ca kutwalapo nelyo ica kufimbapo, ukupimikwa mu ma ampere pali mita imo (A/m2) nelyo ama ampere pa sentimita imo (A/cm2). Ukupusanako na maka yonse aya nomba, ayakweba fye ubukulu bwa maka ayapita mu nshila, ubufuuke bwa maka bulasokolola uko na ubukulu bwa maka ayapita mu ciputulwa ca fipe-.

Ici cishinka cafumine ku ma equation ya ba Maxwell mu fyakupangapanga ifya maka, apo James Clerk Maxwell apangiile ubupalamano pakati ka fifulo fya maka na ukupita kwa maka mu 1861. Ilelo, ubufuuke bwa nomba bwiminina nga cimo pa fishinte fitatu ifya bufundi bwa maka, pamo ne maka ya maka no kukana, ukupanga ukutwala kwa maka.

Cinshi ubufuuke bwa nomba bucindamika ukucila ubufuuke bwa nomba bonse:Iciputulwa ca nshita ica 2 A/cm2 cimoneka bwino ukufikila mwaishiba ukuti amaka ya nomba yasansalikwa pa muulu wa 0.5 cm2, ukupanga amaka ya nomba aya 4 A/cm2 Ubu ubupusano pakati ka bukulu bwa nomba na ubufuuke bwa nomba ubwa mu ncende bupingula nga cakuti battery ya motoka yenu iya maka ilapusuka imiku 1,000 iya kushaja nangu kuti yafilwa pa 300.

Ukulingana no kufwailisha kwa ciputulwa ca MIT ica sayansi iya fipe ifyapulintwe mu 2024, ukwaluka kwa nomba ukwa misango ukucila pali 25% pa muulu wa electrode kucefyako ubumi bwa battery ya lithium na 40% ukulingana no kwakanya ukwapalana. Isambililo lyapitulwikemo mu maselo ya mabatiri aya makwebo 847 kabili lyasangile ukuti abapanga ifintu abafikilisha ubupiina bwa nomba line mu kati ka 10% balangishe ubumi bwa mipepele ukucila pa mipepele 2,000 iya kufumyapo umulilo.

Ifintu fitatu ifilenga ubufuuke bwa nomba ukuba ubwacindama ku mibombele ya nomba iya fyakupangapanga ifya maka:

1. Ukubika amano ku fya ku mubili:Ukufuuta kwa maka ukwakulisha kuleta ukutenta kwa mu ncende, ukusakamikwa kwa makanika, no konaula ukwayanguka. Ukufwailisha ukufuma ku sukulu lya pa muulu ilya Stanford (2024) kulangilila ukuti ubufuuke bwa nomba ubwacila pali 5 mA/cm2 pa fimuti fya lithium bulalenga ukupanga amabatiri, ayo kuti yaonaula ifiputulwa fya mabatiri no kulenga ukubutuka kwa mushili.

2. Ukukonkomesha kwa mibombele:Imibombele ya fyakupangapanga ifya magesi ilacitika pa muulu wa fyakupangapanga apo ubufuuke bwa nomba bulekuma imitantikile ya fyakucita. Icilangililo ca Butler -Icilangililo ca Volmer, icacindama ku fyakupangapanga ifya maka, cilanga ukuti ubufuuke bwa nomba bupalana na maka ayacilapo -ukupilibula ukulundako ukunono mu bufuuke bwa nomba ubufwaya amaka ya maka ayakulisha.

3. Ukuwamya kwa fya makwebo:Mukupanga amafuta ya malaiti, ukulundako ubufuuke bwa nomba na 50% kuti kwakulisha imitantikile ya mipangilwe imiku ibili, lelo ukucila pa mutengo usuma kuleta ifilubo ifilefwaya ukubombelwapo ukwa mutengo. Ukufwailisha kwa mu 2023 ukwa Isukulu lya Mibele na Teknoloji kwasangile ukuti imibombele ya kupanga amalaiti iya kusunga ubufuuke bwa nomba mu kati ka bapanga -imitantikile iyatantikwa yacefishe imitantikile ya filubo ukufuma pali 8.2% ukufika kuli 1.3%.

Insuntinkanishisho shitatu isha Bukulu bwa nomba

Ubufumo bwa nomba bwashintilila pa fishinte fitatu ifisanshamo ubupilibulo bwa masamu, ubupilibulo bwa ku mubili, no kubomfya kwakwe ukwa cine cine.

Inkonto Imo: Ubukulu bwa Vector na Ubutungulushi

Ubufuuke bwa nomba ni mpanga ya vector, icalola mu kuti buli no bukulu no lubali bonse mu muulu. IcilangililoJifishinka mu lubali lwa kwenda kwa charge iisuma, no bukulu ubuleimininako nomba pa cifulo cimo cimo icalungama kuli ulya lubali.

J = I / A

Kwisa:

J= ubupiina bwa nomba (A/m2)

I=fyonse ifya nomba (A)

Icifulo icaputulwa=icaputulwa (m2)

Iyi mibele ya vector yaba iyacindama mu mipangilwe iyakosa. Tontonkanyeni pa waya wa cipimo uuletwala ama ampere 5 uwakwata ubutali bwa 2 mm. Ubukulu bwa bupiina bwa nomba bulingana:

J= 5 A / (π × 0.0012 m2)

Pa kulinganya, amawaya ya mukuba aya mu ŋanda yabomba pa 1-3 A/cm2, lintu ababomfya amaka ya mulilo kuti bacingilila ubufuuke bwa nomba ukucila pali 100,000 A/cm2 ilyo bashilaonaula imibele yabo iya kukansana.

Inkonto ya Bubili: Ubucibusa na Batwala Amalipilo

Pa mulingo wa fipimo ifinono, ubufumo bwa nomba bupalana no kusankanishiwa no bwangu bwa batwala amaka (ama elekitironi mu fya mukuba, ama ayoni mu fya mafuta):

J = n × q × v

Kwisa:

n=ubufuuke bwa batwala amaka (abatwala/m3)

q=ukulipila kuli umo umo uutwala (C)

v= ukubutuka kwa bwangu bwangu (m/s)

Iyi equation ilasokolola umulandu ifintu ifyapusana fibombela ubufuuke bwa nomba mu misango yalekanalekana. Umukuba uli na mupepi na 8.5 × 1028 ama elekitironi ayabula pa mita imo, ukulenga ubufuuke bwa nomba ubwakulisha ubwa bwangu bwangu ubwa kusendama. Mukupusanako, amafuta aya mu mabatiri yalikwata ama ion ayashinguluka 1026 ions / m3, ayafwaya ukubutuka kwakulisha ukwa kufika pa bupiina bwa nomba ubulingana-umulandu umo uwa kuti ukukaana kwa ionic kwacila ukukaana kwa magesi mu mibombele ya mabatiri.

Isambililo lya mu 2024 ukufuma ku cifulo ca kupiminamo ica Argonne capimine ubupiina bwa kusendama mu fipe fya mulilo ifya lithium no kusanga ukuti pa 1 mA / cm2 ubufumo bwa nomba, ama ion ya lithium yaleenda mupepi na 0.3 μm / s, lintu ama electron mu musango wa mulilo wa mukuba uleenda pa 0 / x2. ubukulu bwangu bwangu nangula ukusenda ubufuuke bwa nomba ubumo bwine ukupitila mu mishiwile yabo iyapusanapusana.

Insuntinkanishisho ya Butatu: Ukusuntinkanya kwa Kutungulula

Ubufuuke bwa nomba line bwasuntinkanya ku mibombele ya malaiti ukupitila mu mafunde ya Ohm mu musango wa cikaya:

J = σ × E

Kwisa:

σ=ukutwala kwa malaiti (S/m)

E= umusango wa malaiti (V/m)

Ubu bwampano bulondolola umulandu ifintu ifikwata amaka ayacepa aya kutwala amaka fifwaya amaka ya malaiti aya maka pakuti fisungile ubufuuke bwa nomba. Pa mukuba (σ ≈ 5.96 × 107 S/m), ukusunga 100 A/cm2 kufwaya umuputule wa maka uwa 1.68 V/m fye. Pa silikoni (σ ≈ 1.56 × 10-3 S/m), ukufika pa bukulu bwa nomba ubumo bwine kufwaya umuputule wa malaiti uwa 641,000 V/m-ukulondolola umulandu ifibombelo fyakubomfya amaka ya malaiti fibombela pa maka ayakulisha ukulingana ne mibele yabo iya ku mubili.

Insuntinkanishisho 1: Intendekelo ya Masamu Ukutumpa Ukwashika

Amayuniti ayalinga no kwalula

Ubufuuke bwa nomba bubomfya ifiputulwa ifyapusanapusana ukulingana ne ncende ya kubomfya:

Iciputulwa ca SI icakubalilapo:A/m2 (ampela pali mita imo imo)Iciputulwa ca bu injiniya icaishibikwa:A/sentimita 2 (1 A/sentimita 2=10,000 A/m2)Iciputulwa ca fyakupangapanga ifya malaiti:mA/m2 (1 mA/m2=10 mA/m2)Iciputulwa ca fyakupangapanga ifinono:A/mm2 (1 A/mm2=1,000,000 A/m2)

Ica kumwenako ca kwalula icalinga ukubomfya amabatiri: Ubulondoloshi bwa batiri bwa lithium -ion bulanda pa cipimo cakulisha ica 2C pa 3000 mAh amaka ne ncende ya 25 cm2 iya ma batiri.

Iciputulwa ca nshita ica nomba=3000 mAh × 2=6000 mA=6 A Ubufumo bwa nomba=6 A / 25 cm2=0.24 A/cm2

Ici cipimo ca 240 mA/cm2 cikala mu kati ka 100-300 mA/cm2 umusango uo abapanga amabatiri ilingi line balondolola pa lwa mibombele ya kulipila bwangu, ukulinganisha bwangu bwangu ukulipila ukulwisha ukuonaika kwa fipe.

Imipaka ya Bufuuke bwa nomba ubwacindama

Amapekanyo ayapusanapusana yalondolola imipaka ya nomba iya bupiina apo ifintu ifimoneka fyalyaluka mu mibele:

Ukupaka kwa litiamu mu fipe fya graphite:1.5 -2.5 mA/cm2 (ilapusana ukulingana no kukaba ne mipangilwe ya fya kupangapanga). Pamulu wa ici cipimo, icuma ca lithium cibikwa pa muulu wa anode ukucila ukubika mu graphite, ukupanga amasanso ya bucingililo. Ipepala lya kufwailisha ilya batiri ilya Tesla ilya mu 2024 lyalanda ukuti ukusunga ubukata bwa maka aya nomba pe samba lya 1.8 mA / cm2 pa madigiri 20 kulafumyapo ukubika kwa lithiamu ukwaishibikwa mu milungu 1,500 iya maka aya bwangu.

Ubufumo bwa maka ayacindama aya nomba:Ifipusana ukulingana ne fintu; pa 77K: mupepi na 1-5 MA / cm2 (amamilioni ya ma ampere pa sentimita imo). Ukucila pali uyu mutengo kulaonaula aba Cooper babili no konaula umusango wa maka ayacilapo.

Icipimilo cakubomfya bwino amagetsi:Pa kupanga amenshi ukubomfya ifilenga amenshi ukubomba bwino, ubufuuke bwa nomba pakati ka 200-500 mA/cm2 bulalenga amenshi ukubomba bwino pa 70-80%. Pa nshi ya 200 mA / cm2, ukucilapo ukucilapo ukucilapo ukucilapo ukucilapo; pa muulu wa 500 mA / cm2, ukukaana kwa ohmic mu cipe ca kupangapo amaka kwaba ica kucefyako.

Inshila shakupendelamo ifyakupangapanga ifyakosa

Imitantikile ya cine cine-iya calo tayakwata sana imitantikile iyayanguka iya cipimo. Ba injiniya balabomfya inshila ishingi isha kupwishishamo ifintu ifyakosa:

Inshila 1: Ukupenda Icifulo UkwalingaPa ma electrode ayakwata amabumba ayaishibikwa mu ma battery na mu maselo ya mafuta, ubufuuke bwa nomba bubomfya incende iisuma ukubikapo na pa muulu wa mabumba:

J_icisuma=I / (A_icipimo × ubukali_icishinka)

Amabatiri{0}}amanode ya graphite aya musango umo yalalanga ubukali bwa 10-30, icalola mu kuti icifulo ca 10 cm2 cipeela 100-300 cm2 iya ncende iyabomfiwa ku maka. Icipe ca 5A ica nomba kanshi cilasalanganina muli ici cifulo icakulishiwa, ukucefyako ubufuuke bwa nomba ubusuma ukupitila mu 10-30× umusango umo wine.

Inshila 2: Ukupitulukamo mufintu ifyakumaninaImibombele ya nomba iya kusunga amabateri ukufuma ku makampani pamo nga BorgWarner ilabomfya inshila sha menshi ayabomfiwa ku kupenda ubufuuke bwa nomba ubwa kwakanya:

Ubufumo bwa ma electrode ubushilingana -

Ukutenkana kwa mucinshi

Icifulo-ica-imisango ya misonko

Ukucepa kwa mafuta ya malaiti

Ipepala lyabo ilyabuuta ilya 2024 lyalanda ukuti FEA-ukushintilila pa bukulu bwa nomba line ukuwamya kwacefishe imitantikile ya kuonaula kwa battery na 23% mu mibombele ya motoka sha maka ukupitila mu kusanga no kucefyako ififulo ifipya apo ubukulu bwa nomba ubwa mu ncende bwacila pali 3.5 mA/cm2 (SEI) ukukula.

Inkonto 2: Ifyakubomfya ne Mibele ya Kubomfya

Ubufuuke bwa nomba mu mibombele ya mabatiri

Amano ya battery yaimininako ukubomfya kwa nomba line ukwacindama ukwa kulungika ubufuuke bwa nomba. Amabatiri ayabwekeshiwapo, maka maka ayabomfiwa na lithium-, yalekabila ukukonka bwino bwino ubupiina bwa nomba pakuti balinganishe ubupiina bwakubwekeshapo no mweo utali. Imipangilwe ya mabatiri iyapusana ilashipikisha imisango yalekanalekana iya bupiina bwa ino nshita:

Amabatiri aya litiamu:

Ukubomfya kwalinga: 50-200 mA/cm2

Ukushaja bwangu: 200-400 mA/cm2

Ukufumya kwakulisha: 400-800 mA/cm2

Damage threshold: >1000 amasentimita2

Amabatiri ya cimuti aya litiamu:

Ukubomba ukwacingililwa:<50 mA/cm²

Dendrite formation risk: >50 mA/sentimita2

Ukufwailisha ukufuma ku sukulu lya pa muulu ilya California San Diego (2024) kulangilila ukuti ifipe fya lithium kuti fyakwata ubufuuke bwa nomba ukufika kuli 200 mA/cm2 ilyo balebomfya ifipe ifyapangwa ifyakosa, ifimininako ukuwamya kwa 4 × pa fipe fya lithium ifyabulamo. Uku kulunduluka kuti kwalenga inshita sha kushaja amaminiti 15 ku matuuka ya maka ayapita amakilomita 300.

Isambililo lya cine cine-ilya batiri lya calo conse:

Iciputulwa ca nshita ica Amperex Technology Co. Ukulingana na mapepala yabo aya bu injiniya, uku kulingana kwafuma muli:

Ubufuuke bwakulonganika ubwa nomba:Ukupusana ukufuma pali 8 μm pa mpela sha maselo ukufika kuli 12 μm pakati ka kulipila ififumamo fya kukumana kwa nomba ukwa geometric

Ukubika ama tab ukwalungishiwa:Ama tab yane kuli cila electrode mu cifulo ca yabili yacefyako ubufuuke bwa nomba na 35%

Ukukonkanyapo ukutenta:Ukutonta ukwacincila kusungilila ukutenta ukwacepako pa madigiri 5 , ukucingilila ukwaluka kwa mibombele iyo ilenga ubufuuke bwa nomba ukukanalingana -

Icipangwamo: ubumi bwa nshita ukucila pa nshita 1,500 iya nshita yonse pa 2C ukulipila / ukufumya, apo imipangile ya kucincimusha ilaonaika nga nshi pa numa ya nshita 800.

Ubufuuke bwa nomba mu kupanga amakemikali ya malaiti

Ukubomfya amafuta mu fyakupangapanga, ukuwamya amafuta, na imibombele ya kucimfya amafuta yashintilila sana pa kusunga ubufuuke bwa nomba:

Ukuwamya kwa chrome:

Ukufina kwa nomba ukwalinga: 30-50 A/dm2 (300-500 A/m2)

Ukutenta kwa kusamba: amadigri 45-50

Ukubika: 25-30 μm/insa

Iciputulwa cikalamba ica mishipa iya 2023 ica mibombele yasokolola ukuti ukusunga ubufuuke bwa nomba muli ±5% iya 40 A / dm2 icishinka cipanga ifya kufwala ifya chrome ifikuma imimonekele ya mishipa na 99.2% iya kubalilapo-ukupita. Ukutamfiwa ukucila pali ±10% kuleta ifilubo ifilemoneka ifilefwaya ukufumyapo no kufibikapo ifya mutengo.

Ukuwamya kwa mukuba:

Ukufina kwa nomba ukwalinga: 200-300 A/m2

Ukuwamya kwa busaka bwa mukuba: 99.5% → 99.99%

Ukulingana kwa fya makwebo: Ukufulisha kwa nomba line kulakulisha ukupita lelo kulacefyako ubusangu

Icilonganino ca mukuba ica calo conse cilanda ukuti ififulo fya kupangapo amalaiti ifya nomba line filabomba pa 250 A/m2, ukupanga 99.995% iya mukuba uwa busaka pa mutengo wa 100-150 kg/m2/ubushiku. Ukuesha ukusuntinkanya ubukata bwa nomba pa muulu wa 350 A / m2 ukubikako ubukose ubucila pa fishinka fya musango wa fya kupangapanga.

Ubufuuke bwa nomba mu kupanga ifipe ifibomfya amalaiti

Ukushintilila kwa mishilwa iyabikwa pamo kwashintilila pa kusendama kwa maka, inshila iya kufilwa iyatungululwa na ubukulu bwa nomba:

Icipimilo ca kusendama kwa malaiti:Mupepi na 1 MA/cm2 ku fyakuminkanya ifya aluminiamu, 5-10 MA/cm2 ku fyakuminkanya ifya mukuba pa digili 100.

Ilyo ama transistor yalecepa ukukonka ifunde lya kwa Moore, ukusuntinkanya ifiputulwa fyacepako, ukusuntinkanya ubufuuke bwa nomba ukulola ku mpela sha mubili. Ilyashi lya mu 2024 ukufuma ku IMEC (Icifulo ca Masambililo ya pa Muulu) lilanga ukuti ifipe fya 3nm ifibomfiwa filabomba pa 3-8 MA/cm2, ififwaya ukubomfya ifipe ifya ruthenium nangu cobalt pa kucingilila ukukanakonka kwa fipe mu nshita ya myaka 10 iya mweo wa cibombelo.

Icakumwenako:

Amapepala ya Intel aya 2024 aya mibombele yabo iya Intel 4 yalondolola ubutungulushi bwa nomba ubwa bupiina mu mibombele ya kutwala amaka. Ubwafya: ukutwala 200A ku CPU ukufwa ukufuma ku bakonkomesha ba maka abasangwa 15mm ukutali pa cipe ca pa nshi.

Imipangile ya fyasuko:

Ukufwa-ulubali:50 μm

Icipe-ulubali:200 μm

Ukutwala amaka:85% ukubomba bwino ukwasuminishiwa ukupitila mu kucefyako ukucepa kwa IR ukufika kuli 50mV ukupitila mu kulinganya ukukalamba ukwasabankanya nomba ukupitila muli 500+ ukuminkanya

Iyi mipangilwe iyasalanganishiwa ilacingilila umubomfi umo ukufuma ukucila pa cipimo ca 10 MA/cm2 apo ukubutuka kwa maka ukwayanguka kuti kwaonaula ukucetekela kwa nshita itali-.

Inkonto 3: Ukupima no Kuwamya

Inshila shakupiminamo ishalungama

Ukupima ubufuuke bwa nomba line kufwaya inshila ishishili shalungama pantu ukumona ukwalungatana kuti kwaonaula umulimo wa malaiti:

Inshila 1: Ukupilibula kwa nomba line no kwishiba kwa cifulo

Enshila iyayanguka ipima amaka yonse aya nomba ne fishinte fya shunt ifyalungama ilyo balependa incende ukufuma ku mipimine ya ku mubili:

J=Na_pimine / A_umusango

Ukucepelwa kwa kulungatika:

Ukupima kwa ncende ukwabula ukwishiba: ±2-5% ku fyakubomfya ifyakupangapanga

Ukusumina ukwa kwakanya ukwa nomba: ukusumina ukwapalana ukwa nomba, ukuleta 10-30% ububifi ku mibombele iishipalana

Icisuma kuli: Ukukonkomesha ubusuma, ukuceeceeta incitilo

Inshila 2: Ukusabankanya kwa nomba ukwa misango ya kumfwa

Imibombele iya pamulu iya kusunga amabatiri ilabomfya ifiputulwa ifiputulwa ifyakulonganika ifya nomba ifyakwata ukumfwa kwa umo umo:

Amapulatifomu aya nomba aya kufwailishishamo amabatiri ukufuma ku fibombelo fya Arbin yalikwata imipangile ya ma electrode ayakanishiwa mu fiputulwa 16 -64, cila cimo cileceeceetelwa umwine. Isambililo lya mu 2024 ilyabomfeshe iyi tekinoloji lyasangile ukuti ama cell ya lithium-ion yalalanga ubufuuke bwa nomba ubwa 40-80% pakati ka fitungu fya mupepi na pakati pa nshita ya kucilikila bwangu, ne mpela shilekwata ubufuuke bwa nomba ubwa 1.8× ubukulu pa mulandu wa fifumamo fya mipangilwe.

Inshila 3: Ukupanga Mapu ya Cifulo ca Magneti

Ukupima ubupiina bwa nomba ubwabula -ukubomfya umuputule wa magneti uupangwa no kupita kwa nomba:

B = (μ₀ / 4π) ∫ (J × r̂) / r2 dV

Kwisa:

B= ubufuuke bwa menshi ya maka (T)

μ0=ukupita kwa ncende iyabula (4π × 10-7 H/m)

r̂= ubutantiko bwa cipimo ukufuma ku cintu ca nomba ukufika ku cifulo ca kupiminako

Abafwailisha pa cifulo ca kufwailishishamo ica Oak Ridge bapangiile ifipe ifibomfya amaka ya maka ifingalanga ubufuuke bwa nomba mu fipe fya ma battery ilyo balebomba ne mimonekele ya 1 mm. Ukupulintwa kwabo ukwa 2024 kulangilila ukusanga ififulo fya nomba ifya busanso ifipalene ne fifulo fya kutendekelako ifya kufilwa ifyasangilwe mu kufwailisha kwa pa numa ya mfwa.

Inshila shakubomfya bwino

Inshila 1: Ukupanga kwa fipimo

Ukuwamya kwa mipangilwe ya fyakubomfya ama electrode kulasabankanya amaka ya nomba ukulingana:

Ukuwamya kwakubika ama tab:Amasambililo ya kwesha yalalanga ukuti imipangile ya ma tab yabili - ilacefyako ubufuuke bwa nomba ukufika kuli 25 -40% ukulingana ne mipangilwe ya tab imo

Imimonekele ya ma elekitirodi:Ubutali-ukufika kuli-ubukulu imilinganine pakati ka 1:2 na 1:4 ukucefyako ukulongana kwa nomba pa mipaka ya fipimo

Ukucefyako ukwalunduluka:Ukupilibula panono panono ubukulu bwa electrode mu nshila ya nomba line kusungilila ubufuuke bwa nomba line nangu ca kuti ohmic yaonaika

Ukufwailisha kwa mu 2024 ukwa fipe ifinono ukwapulintwe na bafwailisha pa sukulu lya pa muulu ilya Michigan kwalangile ukuti ukuwamya kwa lithium {{1}>ion amabatiri ya battery kwacefyako ubupiina bwa pa muulu

Inshila 2: Ukulungika Ifyakubomfya

Ukuwamya imibombele ya malaiti kulacefyako amaka ya malaiti ayalekabilwa ku bukulu bwa malaiti:

Ifyalundwako ifyakutwala amalaiti mu fyakubomfya amalaiti:Ukulundako kwa kaboni, ifipe ifinono ifya kaboni, nangu ukulundako kwa graphene pa 2-5% ukulingana no bupiina kucefyako ukukaana kwa maka na 60-80%

Ukuwamya kwa fyakubomfya amalaiti:Ukulundako umucele wa lithium ukufuma pali 1.0M ukufika kuli 1.5M kulawamya ukutwala kwa ionic ukufika kuli 40%, ukulenga 30% ukucilapo ukuwamya ubufuuke bwa nomba

Ukusala kwa basonkela pali ino nshita:Ukupilibula ukufuma ku aluminiamu (ukutwala: 3.8 × 107 S/m) ukuya ku mukuba (5.96 × 107 S/m) ku fipe fyonse fibili kucefyako ukukaana kwa basonkela na 36%

Inshila 3: Ukupanga Amafunde Yakubomfya

Uko imibombele ibomfiwa ilakuma sana ukusalanganya kwa bupiina bwa nomba:

Amabatiri ayayanguka-amafunde ayakushajisha ukufuma kuli bapanga ba EV abakulu (amashiwi ya 2024):

Icipe ca maka ica Tesla V4:Ukubomfya ukulipila kwa nomba ukwacepako ukwapusana mu cifulo -ukulingana kwa nomba ukwafulilako ukufuma pali 300 mA/cm2 pa 10% umusango-uwa -ukulipila (SOC) ukufika kuli 100 mA/cm2 nga ukucefyako ukucincintila

Iciputulwa ca motoka:Ukubomfya ukulipila kwa pulse pa 1 Hz na 400 mA/cm2 pa muulu na 200 mA/cm2 pa kati, ukucefyako ukubika amano ku kukansana uko nga te ifyo kulenga ukusansa kwa nomba ukwa mu ncende

Batiri wa cimuti ca BYD:Ukubomfya ukutenta -imipaka ya bupiina bwa nomba, ukusuminisha 250 mA/cm2 pa digili 25-35 lelo ukukansha ukufika kuli 150 mA/cm2 pe samba lya digili 15 apo ukutwala kwa maka kwacepa 60%

Ukufwailisha ukufuma ku sukulu lya pa muulu ilya Denmark (2024) kwalinganishe ukulipila kwa nomba line ukwa 250 mA / cm2 ukulingana na mafunde ayapusanapusana ayapusanapusana ubufuuke bwa nomba ukulingana ne mipikile ya nshita iya cine cine. Enshila iyalinga iya kucefyako ukutamfiwa kwa nomba ukwa 47% no kuwamya ubumi bwa mipepele ukufuma pa mipepele 1,100 ukufika kuli 1,650 ukufika kuli 80% ukusunga amaka.

Umusango wa Kubomfya Ubufuuke bwa nomba

Iciputulwa 1: Ubulondoloshi bwa Filefwaikwa

Ukupanga imitantikile ya nomba iya bufumo kufwaya ukulinganisha ifishinka ifingi ifyakucimfyanya:

Ifyakufwaikwa pakubomba:

Imitantikile ya kulipila/ukufumya iyafwaikwa

Amaka ayatantikwa

Ukukanshika kwa maka

Ifyakufwaikwa pa mweo onse:

Ubumi bwa nshita iyalinga nangu insa sha kubombelapo

Imitantikile ya kuonaula iyasuminishiwa

Ukulekelesha-ukwa-ukusunga amaka ya mweo

Ifishinte fya bucingililo:

Ukuninina kwa mucinshi ukwasuminishiwa

Ukucingilila imisango ya kufilwa (ukubutuka kwa mushili, ama circuit ayapiipi)

Ukukonka kwa mafunde (UL, IEC, ifipimo fya ANSI)

Icakumwenako icakulondolola ukufuma ku mibombele ya kusungilamo amaka ya grid:

MWh (1C umutengo) Ukukonkanyapo ukubomba: 0.5 MW (0.5C umutengo) Icipimo ca mweo wa nshita: 5,000 inshita shapwililika Ukufumyapo kwa nomba ukwa bukulu bwa nshita: {{8: 5% 5 m2 / 0 14} Umupaka wa bucingililo bwa kupanga: 312 mA / cm2 ukucila (1.25 × intanshi)

Iciputulwa 2: Ukupanga no Kupashanya

Imibombele ya bu injiniya iya nomba line ilabomfya ifingi-ukupashanya ifyakupangapanga ilyo bashilapanga ifyakupangapanga:

Ukupashanya imibombele:

Ukupashanya kwa fyakupangapanga ifya malaiti:Imisango ya Newman - ilapwisha amakwebo ayapusana ayabikwa pamo aya lithium, amaka, no kukaba

Ukupitulukamo kwakwakanya ukwa nomba:Ukupwisha imitantikile ya Laplace iya mpanga iyalinga, ukupenda ubufuuke bwa nomba ukufuma ku kutwala kwa malaiti na mpanga ya malaiti iya mu ncende

Ukupashanya kwa kukaba:Ukupitulukamo mufipimo fyakutwala ubufuuke ukubomfya ubufuuke bwa nomba nga intuntuko ya bufuuke (Q=J2 / σ)

Ukuwamya:Ukubwekeshapo ukulungika kwa geometry, ifibombelo, ne mibele ya kubomfya pa kucefyako ubufuuke bwa nomba line ilyo mulefikilisha ifipimo fya kubomba

Amasofutiweya ayapashanya amabatiri ukufuma ku makampani pamo nga ANSYS na COMSOL yalenga ba injiniya ukupima amakumi ya misango ya mipangilwe ukupitila mu kompyuta. Isambililo lya 2024 ilya kupiminako lyalangile ukuti ukupashanya-ukutungululwa ne mipangilwe kwacefishe ukubwekeshapo kwa mimonekele ukufuma pa kati ka 7.3 ukufika kuli 2.1 pa mulimo umo umo, ukucefyako inshita ya kukuula na 60%.

Iciputulwa 3: Ukushininkisha no Kubwekeshapo

Ukupima kwa ku mubili kulashininkisha ukusobela kwakwesha no kusokolola ifintu ifishibikwe mu misango:

Ukushininkisha ukukonkana kwakwesha:

Ukufwailisha kwa musango wa cikopo-:Ifyakumwenako ifinono ifya electrode filashininkisha imibele yacindama pa misango ya nomba iyakonkwa

Ukufwailisha kwa musango wa cipinda -:Amaselo ayatuntulu-ayakupiminako ayapitile mu kufwaya-ukufumya kwakukonkana no kuceeceeta ubufuuke bwa nomba

Ukufwailisha kwa musango wa citabo-:Ama cell ayengi mu mipangilwe iyakonkana/iyapalana yalasokolola ukwakanya kwa nomba ukwabula-ukulingana

Ukufwailisha kwa musango-:Amabatiri yonse yalebomba pe samba lya mibele ya cine cine iya mipeto

Ifipimo ifikulu ifya kushininkisha:

Ukulingana kwa bupiina bwa nomba:Ukupima ukupitila mu fiputulwa fya basonkela ifya nomba nangu ukupitulukamo kwa pa numa -

Ukusalanganya kwa mucinshi:Ukufwailisha kwa infrared ilyo balebomba kulasokolola ififulo ifipya ifya nomba ukupitila mu kukaba ukwakulisha

Ukukonka ukuonaika:Ukucepa kwa maka pa misango yalekanalekana iya nomba ukupanga imipaka ya kubombelapo

Ukupitulukamo ukwafilwa:Ukufwailisha kwa maselo ayakote kulalanga inshila sha kuonaikamo (ukukula kwa SEI, ukupakasa kwa lithium, ukuputuka kwa electrode) kabili kulakonkana ne lyashi lya kale ilya bukulu bwa mu ncende

Ifibombelo fyakwesha amabatiri ifya pamulu filabomfya ukufwailisha kwa kompyuta (CT) ku kulanga imisango ya lithium mukati ka maselo panuma ya kupita pa misango yalekanalekana iya nomba. Isambililo lya mu 2024 ukufuma ku cikuulwa cakufwailisha icaku Stanford ica SLAC icakufwailisha icakubomfya ifikope fyakulangisha ukuti ifitungu ifyakwata 40% pamulu wa bufumo bwa nomba line fyalangile 2.8× amaka ya bwangu bwangu ayaonaika ukucila pa miku 500.

Ifipusho Ifipushiwa Ilingi

Bushe ni kwi kwaba ubupusano pa kati ka nshita ya nomba no busanso bwa nomba?

Amaka ya nomba yapima ukupita kwa maka yonse aya maka ukupitila muli katungulula (ukupimikwa mu ma ampere), elyo ubufuuke bwa nomba bulondolola ifyo amaka ya nomba yasalanganina mu ciputulwa ca katungulula (ukupimikwa mu ma ampere pali mita imo imo nangu ama ampere pa sentimita imo imo). Waya uuletwala ama ampere 10 alikwata amaka yonse ayapalana ukwabula ukusakamana ubufumo bwakwe, lelo waya uwacepa alikwata amaka ayakulisha ukucila waya uwafina uuletwala amaka ayapalana. Uku kwaluka kwalicindama pantu ukufuuta kwa fintu, ukuonaula, na imibombele ya kufilwa fyashintilila pa bukulu bwa nomba ukucila pa bukulu bwa nomba bonse.

Bushe ukufina kwa nomba line kulakuma shani ukubutuka kwa battery?

Ukufina kwa malaiti ekwipingula imitantikile ya kushaja iyacingililwa mu mabatiri. Ukucilapo ukufina kwa nomba kulalenga ukushaja bwangu lelo kulalenga ama electrode ukuonaika bwangu no kulundako amafya ya bucingililo. Amabatiri ayengi aya lithiamu yasuminisha 200 300 mA/cm2 ku kushaja bwangu, ukusuminisha 80% ukushaja mu maminiti 30.45. Ukucila pa fipimo fya bupiina bwa nomba line kuleta ukupakasa kwa lithium, ukukota bwangu, no kufulumuka kwa mucinshi. Amaprotokoli ya nomba aya bwangu -ayalula ubukulu bwa nomba ukulingana no kukaba kwa batiri, umusango wa batiri, ne myaka pakuti batiri bacingililwe bwangu lintu balesunga ubumi bwa batiri.

Ni finshi ficitika nga ca kuti ubukata bwa nomba bwalicilapo?

Ukucilapo ukufina kwa nomba kuleta inshila ishingi isha kufilwa ukulingana ne mibombele. Mu ma battery, ubufuuke bwa nomba ubulenga ukubika lithium pa fipimo, ukupanga ifipimo ifingaputula ifiputulwa, ukubutukisha ukukula kwa fipimo fya maka, no kutobeka kwa fipimo ukufuma ku kukansana kwa makanika. Mu kupanga amalaiti, ukucilapo ukufina kwa nomba kulepanga ifya kufwala ifyakosa, ifyaonaika ifyakwata ukukakatika ukwabipa. Mu fipe ifitwala amaka, ukutamfiwa kwa maka kulabutuka bwangu, ukulenga ukutamfiwa kwa fimuti, ukupanga umuputule, no kukanabomba bwino kwa mishipa. Ukukulilako kwa mucinshi na kabili kulakulilako pa bukulu bwa nomba line pantu ukupanga umulilo kulakonka J2/σ (ubukulu bwa nomba ubwakanishiwa no kutwala).

Bushe ubufumo bwa nomba kuti bwabipa?

Ee, ubufuuke bwa nomba kuti bwaba ububi mu nshila ya masamu, ukulanga ukupita kwa nomba mu lubali lwapusanako. Mu ma battery, ubufuuke bwa nomba ubusuma mu cituntulu bwimininako ukufumya (ubufumo bwa nomba ubufuma ku mpela iisuma), elyo ubufuuke bwa nomba ububi bwimininako ukulipila (ubufuuke bwa nomba ubuleingila mu cifulo icisuma). Mu fyakupangapanga ifya semiconductor, ukupita kwa ma electron (amaka ayabipa ayaishibikwa) no kupita kwa cishima (amaka ayasuma ayaishibikwa) filapanga ubufuuke bwa nomba ubupusene ubusanshamo ubufuuke bwa nomba bonse. Icilangililo ca cishibilo cishintilila pa mibombele na imibombele lelo lyonse cilanga ubutungulushi bwa menshi ukulingana na ubutungulushi bwakulangisha.

Bushe kuti mwapima shani ubufuuke bwa nomba mu kwesha?

Ukupima ubufuuke bwa nomba ilingi line kulasankanya ukupima konse ukwa nomba no kupima kwa ciputulwa ca musalaba -. Pa misango iyayanguka, pimeni amaka ya nomba na ammeter iyalinga no kupenda ubufumo ukupitila mu kwakanya ne ncende iyaishibikwa. Pa mibombele iyakosa nga amabatiri, ama electrode ayaputulwa ayakwata ukuceeceeta kwa nomba ukwa umo umo kulasokolola ukwakanishiwa kwa mu ncende. Inshila ishishili shakusansalikwa shisanshamo ukupanga amapu ya cifulo ca maka ukubomfya ifipimo fya Hall (ubukulu bwa cifulo ca maka bwapalana no bukulu bwa nomba ukupitila mu mafunde ya Ampere) na ukufwailisha kwa mushili (ukukulilako kwa mucinshi kulapalana no bukulu bwa nomba ukupitila mu kukaba kwa Joule). Ubufwayo bwakulisha bubomfya ifikope fya mimonekele ya X - nangu ukufwailisha kwa mimonekele ya neutron ku kulanga ubufuuke bwa nomba ilyo balebomba.

Cinshi cimonwa nge cakulisha ica nomba?

"High" current density is application-dependent and relates to material limits. For lithium-ion batteries, >300 mA / cm2 imonwa ukuti yalikulisha kabili kuti yaonaula bwangu. Mu kupanga amawaya ya mukuba, ubufuuke bwa nomba ubwacila pali 10 A / cm2 buleta ukutenta kwacilapo ukwa kukansana. Pa fyakutwala amaka, ubufuuke bwa nomba ubwa 1-10 MA/cm2 bwimininako umupaka wa pamulu ilyo amaka ya maka tayaonaika. Ukubomfya amafuta ya mulilo mu fyakupangapanga ilingi line kubomba pa 10-100 A/dm2 (0.1-1 A/cm2), ne fipimo ifikulu ifimonwa nge fya bukali. 1-10 MA / cm2, ukupalamina ku mpela sha ku mubili uko ukutamfiwa kwa maka kuleta ukukanafikapo. Icikomo cilafwaikwa-ubufuuke bwa nomba ubwa lyonse mu kubomfya kumo kuti bwaba ubukulu nga nshi muli bumbi.

Bushe mulandu nshi amabatiri yaonaika bwangu nga ca kuti amaka ya mulilo yalifulisha?

Ukufuuta kwa maka ukwakulisha kulafulunganya inshila ishingi isha kuonaula mu ma battery. Ica kubalilapo, ukusansa kwa nomba ukwakulisha kulakulisha ukutenta kwa mu ncende ukupitila mu kucincimusha ukwacingililwa, ukubutukisha imibombele ya kemikali iyabomfya ifintu ifibomba no kupanga ifiputulwa fya kucingilila. Ica bubili, ubufuuke bwa nomba line bulenga ukusansa kwa lithium ukwakulisha mu kati ka fipimfya fya electrode, ukulenga ukusakamikwa kwa makanika no kupaatukana kwa fipimfya ifipaatulako ifintu ifibomba. Ica butatu, pa fipimo fya nomba ifya pa muulu wa 1.5-2.5 mA/cm2, amapulanga ya litiamu pa muulu mu cifulo ca kufimbapo, ukubomfya ifipe fya litiamu kabili kuti fyaleta amasanso ya bucingililo. Ica bune, ukulundako ubufuuke bwa nomba kulakulisha amaka, ukusuntinkanya amaka ayabomfiwa kunse ya mawindo ya maka ayashintilila apo ukubola kwa maka kwayanguka. Iyi imibombele ilasankanishiwa, ukulondolola umulandu ubumi bwa battery bwacepako nga cakuti ubufuuke bwa nomba bulekulilako.

Ifyakutwala Ifyacindama

Ubufuuke bwa nomba (J=I/A) bupima amaka ya malaiti pa ciputulwa ca ncende, ukusokolola ukwakanishiwa kwa mu ncende uko imipikile ya nomba yonse iyafiita. Uku kwaluka kulapingula nga cakuti inshila shilebomba bwino nangu shilefilwa bwangu.

Ifyakubomfya nefyo fibomfiwa filalondolola imitantikile ya nomba iyasuminishiwa: amabatiri ya lithium-ion yashipikisha 50 -300 mA / cm2 ku kubomba kwalinga, amawaya ya mukuba yakwata 1-10 A / cm2 mu fya kupangapanga, kabili ifipe fya maka ififika ku fipimo fyacindama ifya nomba ifya 1-10 MA / cm2 ilyo bashilaonaula imibele ya zero-ukukaana.

Ukubomba kwa battery no kwikala kwakwe ukwa nshita itali fyashintilila pa kucenjela kwa nomba: ukusunga ukusabankanya ukwapalana mu kati ka 10-15% no kwikala pe samba lya fipimo fya fipe-ifyalinga filalundako ubumi bwa muputule na 40-60% ukulingana ne mibombele iyabipa. Ukutungulula ubupiina bwa nomba kulalenga ukuti kube ukulipila bwangu lintu kulecingilila ukubika lithium no kubutuka kwa mushili.

Ukuwamya kufwaya ukupanga ukwabikwa pamo ukwabikwamo imitantikile, ifibombelo, na imibombele: ukubika kwa tab ya electrode kucefyako ubukata bwa nomba line ukufika kuli 25 -40%, ifya kusanshamo ifya kutungulula filawamya ukulingana kwa kwakanya, kabili ukulinganisha kwa kulipila ukwalinga kulacefyako ubukata bwa nomba ukulingana ne mibele ya nshita icine cine ku kucilikila ukubomba mu kati ka fipimo fya kucingililwa.

Ifyakubomfya

Iciputulwa ca ku Massachusetts ica fya sayansi ica fya sayansi

Iciputulwa ca kufwailishishamo ifya pa sukulu lya pa muulu ilya Stanford "Inshila sha Kupangilamo Amabatiri aya Lithium" (2024)

Isukulu lya Calo ilya Mibele na Teknoloji - "Ukuwamya Inshila sha Kubomfya Amalaiti Ukupitila mu Kukonkomesha Ubufumo bwa nomba" (2023) -

Iciputulwa ca ma Battery aya mu Argonne "Imibombele ya Kutwala Amabatiri mu Lithium" (2024)

Isukulu lya pa muulu ilya California ilya San Diego Jacobs Isukulu lya Buenjinia "Ifyakupangapanga ifya SEI ifyakupangapanga ifyakupangapanga ifya Lithium

Icilonganino ca Mukuba ica Calo conse - "Ilyashi lya nomba line ilya fyakupangapanga ifya mukuba" (2023) -

Icifulo ca kufwailishishamo ifya IMEC - "Ukusela kwa maka mu fifulo fyakubomfya ifya pamulu" (2024) -

Iciputulwa cakupiminamo icaku Oak Ridge icakupanga ifyakupangapanga ifya pamulu

Iciputulwa ca pa sukulu lya pa muulu ilya Michigan icakupiminamo ifyakubomfya amabatiri "Ukuwamya kwa fipimo fyakupangapanga pakuti ubupiina bwa nomba bube ubwalinga mu maselo ya lithium" (2024)

Isukulu lya pa muulu ilya Denmark ilya mibombele ya maka

Iciputulwa ca kufwailisha ica ku Stanford SLAC ica calo conse

"Ukupanga Amabatiri ya Tesla aya Kufwailisha pa Mabatiri aya Ion aya Bumi Ubutali" (2024)

"Ifyalembwa ifyakupanga amabatiri ya Qilin" (2024)- Ifyakupangapanga ifyakupangapanga

Inshila shakubomfya amabatiri aya BorgWarner