Επηρεάζονται οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης από το κρύο;

πώς το κρύο επηρεάζει τις μπαταρίες στερεάς κατάστασηςκαι τι γίνεται γι' αυτό:

Γιατί το κρύο είναι μια πρόκληση

1. Χαμηλότερη ιοντική αγωγιμότητα

   • Οι στερεοί ηλεκτρολύτες (κεραμικά, σουλφίδια, πολυμερή) βασίζονται σε ιόντα λιθίου που πηδούν μέσα από άκαμπτες κρυσταλλικές ή πολυμερικές δομές.

   • Σε χαμηλές θερμοκρασίες, αυτή η μεταβολή επιβραδύνεται, επομένωςη εσωτερική αντίσταση αυξάνεταικαι η παροχή ισχύος μειώνεται.

2. Προβλήματα διεπαφής

   • Σε μια μπαταρία στερεάς κατάστασης, η επαφή μεταξύ του στερεού ηλεκτρολύτη και των ηλεκτροδίων είναι κρίσιμη.

   • Οι χαμηλές θερμοκρασίες μπορούν να συρρικνώσουν τα υλικά με διαφορετικούς ρυθμούς, δημιουργώνταςμικρο-κενάσε διεπαφές → επιδεινώνοντας τη ροή ιόντων.

3. Δυσκολία φόρτισης

   • Όπως ακριβώς και οι υγρές μπαταρίες ιόντων λιθίου, η φόρτιση σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες ενέχει κινδύνους...επιμετάλλωση λιθίου(σχηματισμός μεταλλικού λιθίου στην άνοδο).

   • Σε στερεά κατάσταση, αυτό μπορεί να είναι ακόμη πιο επιζήμιο, καθώς οι δενδρίτες (εναποθέσεις λιθίου που μοιάζουν με βελόνες) μπορούν να σπάσουν τον στερεό ηλεκτρολύτη.

Σε σύγκριση με το κανονικό ιόντων λιθίου

• Υγρός ηλεκτρολύτης ιόντων λιθίουΤο κρύο κάνει το υγρό πιο παχύ (λιγότερο αγώγιμο), μειώνοντας την εμβέλεια και την ταχύτητα φόρτισης.

• Ιόντων λιθίου στερεάς κατάστασηςΑσφαλέστερο στο κρύο (χωρίς πάγωμα/διαρροή υγρού), αλλάεξακολουθεί να χάνει την αγωγιμότητά τουεπειδή τα στερεά δεν μεταφέρουν καλά ιόντα σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Σύγχρονες λύσεις στην έρευνα

1. Ηλεκτρολύτες σουλφιδίων

   • Μερικοί στερεοί ηλεκτρολύτες με βάση τα σουλφίδια διατηρούν σχετικά υψηλή αγωγιμότητα ακόμη και κάτω από τους 0 °C.

   • Πολλά υποσχόμενα για ηλεκτρικά οχήματα σε ψυχρές περιοχές.

2. Υβρίδια πολυμερούς-κεραμικού

   • Ο συνδυασμός εύκαμπτων πολυμερών με κεραμικά σωματίδια βελτιώνει τη ροή ιόντων σε χαμηλές θερμοκρασίες, διατηρώντας παράλληλα την ασφάλεια.

3. Μηχανική διεπαφών

   • Αναπτύσσονται επιστρώσεις ή στρώματα ρυθμιστικού διαλύματος για να διατηρείται σταθερή η επαφή ηλεκτροδίου-ηλεκτρολύτη κατά τη διάρκεια των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας.

4. Συστήματα προθέρμανσης σε ηλεκτρικά οχήματα

   • Όπως ακριβώς τα σημερινά ηλεκτρικά οχήματα ζεσταίνουν τις υγρές μπαταρίες πριν από τη φόρτιση, έτσι και τα μελλοντικά ηλεκτρικά οχήματα στερεάς κατάστασης ενδέχεται να χρησιμοποιούνθερμική διαχείρισηγια να διατηρούνται τα κύτταρα στο ιδανικό εύρος τιμών (15–35 °C).

Περίληψη:
Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης πράγματι επηρεάζονται από το κρύο, κυρίως λόγω της χαμηλότερης αγωγιμότητας ιόντων και της αντίστασης διεπαφής. Εξακολουθούν να είναι ασφαλέστερες από τις υγρές μπαταρίες ιόντων λιθίου σε αυτές τις συνθήκες, αλλάη απόδοση (εμβέλεια, ρυθμός φόρτισης, ισχύς εξόδου) μπορεί να πέσει σημαντικά κάτω από τους 0 °CΟι ερευνητές εργάζονται ενεργά πάνω σε ηλεκτρολύτες και σχέδια που παραμένουν αγώγιμα στο κρύο, με στόχο την αξιόπιστη χρήση τους σε ηλεκτρικά οχήματα ακόμη και σε χειμερινά κλίματα.