هل تتأثر البطاريات الصلبة بالبرد؟

كيف يؤثر البرد على البطاريات ذات الحالة الصلبةوما الذي يتم فعله بشأن هذا الأمر:

لماذا البرد يشكل تحديا

1. الموصلية الأيونية المنخفضة

   • تعتمد الإلكتروليتات الصلبة (السيراميك، والكبريتيدات، والبوليمرات) على أيونات الليثيوم التي تقفز عبر هياكل بلورية أو بوليمرية صلبة.

   • في درجات الحرارة المنخفضة، يتباطأ هذا القفز، لذاتزداد المقاومة الداخليةوانخفاض توصيل الطاقة.

2. مشاكل الواجهة

   • في البطارية ذات الحالة الصلبة، يعد الاتصال بين الإلكتروليت الصلب والأقطاب الكهربائية أمرًا بالغ الأهمية.

   • يمكن أن تؤدي درجات الحرارة الباردة إلى انكماش المواد بمعدلات مختلفة، مما يؤدي إلىفجوات صغيرةعند الواجهات → مما يجعل تدفق الأيونات أسوأ.

3. صعوبة الشحن

   • تمامًا مثل بطاريات الليثيوم أيون السائلة، فإن الشحن في درجات حرارة منخفضة للغاية قد يؤدي إلى مخاطرطلاء الليثيوم(تكوين الليثيوم المعدني على الأنود).

   • في الحالة الصلبة، يمكن أن يكون هذا أكثر ضررًا لأن الشجيرات (رواسب الليثيوم التي تشبه الإبر) يمكن أن تتسبب في تشقق الإلكتروليت الصلب.

مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون العادية

• إلكتروليت سائل ليثيوم أيون:البرودة تجعل السائل أكثر سمكًا (أقل توصيلًا)، مما يقلل من المدى وسرعة الشحن.

• ليثيوم أيون الحالة الصلبة: أكثر أمانًا في البرد (لا يتجمد السائل أو يتسرب)، ولكنلا يزال يفقد الموصليةلأن المواد الصلبة لا تنقل الأيونات بشكل جيد في درجات الحرارة المنخفضة.

الحلول الحالية في البحث

1. إلكتروليتات الكبريتيد

   • تحتفظ بعض الإلكتروليتات الصلبة القائمة على الكبريتيد بموصلية عالية نسبيًا حتى أقل من 0 درجة مئوية.

   • واعدة للسيارات الكهربائية في المناطق الباردة.

2. هجائن البوليمر والسيراميك

   • يؤدي الجمع بين البوليمرات المرنة والجسيمات الخزفية إلى تحسين تدفق الأيونات في درجات الحرارة المنخفضة مع الحفاظ على السلامة.

3. هندسة الواجهة

   • يتم تطوير الطلاءات أو الطبقات العازلة للحفاظ على ثبات اتصال القطب الكهربائي بالإلكتروليت أثناء التقلبات في درجات الحرارة.

4. أنظمة التسخين المسبق في السيارات الكهربائية

   • تمامًا كما تقوم السيارات الكهربائية اليوم بتسخين البطاريات السائلة قبل الشحن، قد تستخدم السيارات الكهربائية ذات الحالة الصلبة في المستقبلالإدارة الحراريةللحفاظ على الخلايا في نطاقها المثالي (15-35 درجة مئوية).

ملخص:
تتأثر بطاريات الحالة الصلبة بالبرد، ويرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض توصيل الأيونات ومقاومة الواجهة. ومع ذلك، فهي أكثر أمانًا من أيونات الليثيوم السائلة في تلك الظروف، ولكنيمكن أن ينخفض ​​الأداء (المدى، معدل الشحن، خرج الطاقة) بشكل كبير إلى ما دون 0 درجة مئويةويعمل الباحثون بشكل نشط على تطوير المنحل بالكهرباء والتصاميم التي تظل موصلة في الطقس البارد، بهدف استخدامها بشكل موثوق في السيارات الكهربائية حتى في مناخات الشتاء.