آیا باتری‌های حالت جامد تحت تأثیر سرما قرار می‌گیرند؟

چگونه سرما بر باتری‌های حالت جامد تأثیر می‌گذاردو چه اقداماتی در این زمینه انجام می‌شود:

چرا سرما یک چالش است؟

1. رسانایی یونی پایین‌تر

   • الکترولیت‌های جامد (سرامیک‌ها، سولفیدها، پلیمرها) به یون‌های لیتیوم متکی هستند که از میان ساختارهای کریستالی یا پلیمری سفت و سخت عبور می‌کنند.

   • در دماهای پایین، این جهش کند می‌شود، بنابراینمقاومت داخلی افزایش می‌یابدو افت توان انتقالی.

2. مشکلات رابط

   • در باتری حالت جامد، تماس بین الکترولیت جامد و الکترودها بسیار مهم است.

   • دمای سرد می‌تواند مواد را با سرعت‌های مختلف منقبض کند و باعث ایجاد...میکروشکاف‌هادر سطوح مشترک → جریان یون‌ها را بدتر می‌کند.

3. مشکل شارژ

   • درست مانند باتری‌های لیتیوم-یون مایع، شارژ در دماهای بسیار پایین خطراتی را به همراه داردآبکاری لیتیوم(تشکیل لیتیوم فلزی روی آند).

   • در حالت جامد، این می‌تواند حتی مخرب‌تر باشد زیرا دندریت‌ها (رسوبات لیتیوم سوزنی شکل) می‌توانند الکترولیت جامد را ترک دهند.

در مقایسه با لیتیوم-یون معمولی

• الکترولیت مایع لیتیوم-یونسرما باعث غلیظ‌تر شدن مایع (رسانایی کمتر) می‌شود و برد و سرعت شارژ را کاهش می‌دهد.

• لیتیوم-یون حالت جامددر سرما ایمن‌تر است (بدون یخ زدن/نشت مایع)، اماهنوز رسانایی خود را از دست می‌دهدزیرا جامدات در دماهای پایین یون‌ها را به خوبی منتقل نمی‌کنند.

راهکارهای فعلی در تحقیقات

1. الکترولیت‌های سولفیدی

   • برخی از الکترولیت‌های جامد مبتنی بر سولفید، رسانایی نسبتاً بالایی را حتی در دمای زیر صفر درجه سانتیگراد حفظ می‌کنند.

   • نویدبخش برای خودروهای برقی در مناطق سردسیر.

2. هیبریدهای پلیمر-سرامیک

   • ترکیب پلیمرهای انعطاف‌پذیر با ذرات سرامیکی، جریان یون‌ها را در دماهای پایین بهبود می‌بخشد و در عین حال ایمنی را حفظ می‌کند.

3. مهندسی رابط

   • پوشش‌ها یا لایه‌های بافر برای حفظ تماس پایدار الکترود-الکترولیت در طول نوسانات دما در حال توسعه هستند.

4. سیستم‌های پیش‌گرمایش در خودروهای برقی

   • درست همانطور که خودروهای برقی امروزی قبل از شارژ، باتری‌های مایع را گرم می‌کنند، خودروهای برقی حالت جامد آینده ممکن است از ...مدیریت حرارتیبرای نگه داشتن سلول‌ها در محدوده ایده‌آل خود (۱۵ تا ۳۵ درجه سانتیگراد).

خلاصه:
باتری‌های حالت جامد در واقع تحت تأثیر سرما قرار می‌گیرند، عمدتاً به دلیل رسانایی یونی کمتر و مقاومت سطح مشترک. آنها هنوز در آن شرایط از لیتیوم-یون مایع ایمن‌تر هستند، اماعملکرد (برد، نرخ شارژ، توان خروجی) می‌تواند به طور قابل توجهی زیر 0 درجه سانتیگراد کاهش یابدمحققان به طور فعال روی الکترولیت‌ها و طرح‌هایی کار می‌کنند که در سرما رسانا باقی می‌مانند و هدفشان استفاده قابل اعتماد در خودروهای برقی حتی در آب و هوای زمستانی است.