האם סוללות מצב מוצק מושפעות מקור?

כיצד קור משפיע על סוללות מצב מוצקומה נעשה בנידון:

למה קור הוא אתגר

1. מוליכות יונית נמוכה יותר

   • אלקטרוליטים מוצקים (קרמיקה, סולפידים, פולימרים) מסתמכים על יוני ליתיום המקפצים דרך גביש קשיח או מבני פולימר.

   • בטמפרטורות נמוכות, הקפיצה הזו מואטת, כך ש-ההתנגדות הפנימית עולהויורדת אספקת החשמל.

2. בעיות ממשק

   • בסוללה במצב מוצק, המגע בין האלקטרוליט המוצק לאלקטרודות הוא קריטי.

   • טמפרטורות קרות יכולות להתכווץ חומרים בקצב שונה, וליצורמיקרו-פעריםבממשקים → מה שמחמיר את זרימת היונים.

3. קושי טעינה

   • בדיוק כמו סוללות ליתיום-יון נוזליות, טעינה בטמפרטורות נמוכות מאוד כרוכה בסיכוניםציפוי ליתיום(היווצרות ליתיום מתכתי על האנודה).

   • במצב מוצק, זה יכול להיות אפילו יותר מזיק מכיוון שדנדריטים (משקעי ליתיום דמויי מחט) יכולים לסדוק את האלקטרוליט המוצק.

בהשוואה לסוללת ליתיום-יון רגילה

• ליתיום-יון אלקטרוליט נוזליקור הופך את הנוזל לסמיך יותר (פחות מוליך), מה שמפחית את הטווח ומהירות הטעינה.

• ליתיום-יון במצב מוצקבטוח יותר בקור (ללא קפיאה/דליפה של נוזלים), אבלעדיין מאבד מוליכותמכיוון שמוצקים לא מצליחים להעביר יונים בטמפרטורות נמוכות.

פתרונות עכשוויים במחקר

1. אלקטרוליטים של סולפיד

   • חלק מהאלקטרוליטים המוצקים מבוססי גופרתי שומרים על מוליכות גבוהה יחסית אפילו מתחת ל-0 מעלות צלזיוס.

   • מבטיח עבור רכבים חשמליים באזורים קרים.

2. היברידיות פולימר-קרמי

   • שילוב פולימרים גמישים עם חלקיקים קרמיים משפר את זרימת היונים בטמפרטורות נמוכות תוך שמירה על בטיחות.

3. הנדסת ממשקים

   • ציפויים או שכבות חיץ מפותחות כדי לשמור על יציבות המגע בין אלקטרודה לאלקטרוליט במהלך תנודות טמפרטורה.

4. מערכות חימום מקדים ברכבים חשמליים

   • בדיוק כמו שרכבים חשמליים של היום מחממים סוללות נוזליות לפני טעינה, רכבים חשמליים במצב מוצק עתידיים עשויים להשתמשניהול תרמיכדי לשמור על תאים בטווח האידיאלי שלהם (15-35 מעלות צלזיוס).

תַקצִיר:
סוללות מצב מוצק אכן מושפעות מקור, בעיקר בשל מוליכות יונים נמוכה יותר והתנגדות ממשק נמוכה יותר. הן עדיין בטוחות יותר מסוללות ליתיום-יון נוזליות בתנאים אלה, אךביצועים (טווח, קצב טעינה, תפוקת חשמל) יכולים לרדת משמעותית מתחת ל-0 מעלות צלזיוסחוקרים עובדים באופן פעיל על אלקטרוליטים ועיצובים שנשארים מוליכים בקור, במטרה לשימוש אמין ברכבים חשמליים גם באקלים חורפי.