هل تتأثر بطاريات الحالة الصلبة بالبرد؟

كيف يؤثر البرد على بطاريات الحالة الصلبةوماذا يجري فعله حيال ذلك؟

لماذا يمثل البرد تحدياً

1. انخفاض الموصلية الأيونية

   • تعتمد الإلكتروليتات الصلبة (السيراميك، الكبريتيدات، البوليمرات) على قفز أيونات الليثيوم عبر هياكل بلورية أو بوليمرية صلبة.

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

2. مشاكل في واجهة المستخدم

   • في البطارية ذات الحالة الصلبة، يعتبر التلامس بين الإلكتروليت الصلب والأقطاب الكهربائية أمراً بالغ الأهمية.

   • يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى انكماش المواد بمعدلات مختلفة، مما يخلقفجوات دقيقةعند الأسطح البينية ← مما يؤدي إلى تفاقم تدفق الأيونات.

3. صعوبة في الشحن

   • تمامًا مثل بطاريات الليثيوم أيون السائلة، فإن الشحن في درجات حرارة منخفضة للغاية ينطوي على مخاطرطلاء الليثيوم(تكوّن الليثيوم المعدني على المصعد).

   • في الحالة الصلبة، يمكن أن يكون هذا أكثر ضرراً لأن التشعبات (رواسب الليثيوم الشبيهة بالإبر) يمكن أن تكسر الإلكتروليت الصلب.

بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم أيون العادية

• أيون الليثيوم ذو الإلكتروليت السائليؤدي البرد إلى زيادة كثافة السائل (وانخفاض توصيله للكهرباء)، مما يقلل من مدى الشحن وسرعة الشحن.

• أيون الليثيوم الصلبأكثر أمانًا في البرد (لا يتجمد السائل أو يتسرب)، ولكنلا يزال يفقد التوصيل الكهربائيلأن المواد الصلبة لا تنقل الأيونات بشكل جيد في درجات الحرارة المنخفضة.

الحلول الحالية في مجال البحث

1. إلكتروليتات الكبريتيد

   • تحافظ بعض الإلكتروليتات الصلبة القائمة على الكبريتيد على موصلية عالية نسبياً حتى في درجات حرارة أقل من 0 درجة مئوية.

   • واعد بالنسبة للسيارات الكهربائية في المناطق الباردة.

2. المواد الهجينة من البوليمر والسيراميك

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

3. هندسة الواجهات

   • يجري تطوير طبقات طلاء أو طبقات عازلة للحفاظ على استقرار اتصال القطب الكهربائي بالإلكتروليت أثناء تقلبات درجة الحرارة.

4. أنظمة التسخين المسبق في السيارات الكهربائية

   • تمامًا كما تقوم السيارات الكهربائية الحالية بتسخين البطاريات السائلة قبل الشحن، قد تستخدم السيارات الكهربائية ذات الحالة الصلبة في المستقبل بطاريات الحالة الصلبةإدارة حراريةللحفاظ على الخلايا في نطاقها المثالي (15-35 درجة مئوية).

ملخص:
تتأثر بطاريات الحالة الصلبة بالبرودة، ويرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض موصلية الأيونات ومقاومة السطح البيني. ومع ذلك، فهي لا تزال أكثر أمانًا من بطاريات الليثيوم أيون السائلة في تلك الظروف، ولكنيمكن أن ينخفض ​​الأداء (المدى، معدل الشحن، خرج الطاقة) بشكل كبير عند درجة حرارة أقل من 0 درجة مئويةيعمل الباحثون بنشاط على تطوير الإلكتروليتات والتصاميم التي تحافظ على توصيلها في البرد، بهدف استخدامها بشكل موثوق في السيارات الكهربائية حتى في المناخات الشتوية.