Ali mraz vpliva na polprevodniške baterije?

Kako mraz vpliva na polprevodniške baterijein kaj se glede tega dela:

Zakaj je mraz izziv

1. Nižja ionska prevodnost

   • Trdni elektroliti (keramika, sulfidi, polimeri) se zanašajo na litijeve ione, ki preskakujejo toge kristalne ali polimerne strukture.

   • Pri nizkih temperaturah se to skakanje upočasni, zatonotranji upor se povečain padci v dobavi energije.

2. Težave z vmesnikom

   • V trdnem stanju baterije je stik med trdnim elektrolitom in elektrodami ključnega pomena.

   • Nizke temperature lahko krčijo materiale z različnimi hitrostmi, kar ustvarjamikro vrzelina vmesnikih → poslabšanje pretoka ionov.

3. Težave s polnjenjem

   • Tako kot pri tekočih litij-ionskih baterijah je polnjenje pri zelo nizkih temperaturah tveganolitijeva prevleka(kovinska litijeva tvorba na anodi).

   • V trdnem stanju je to lahko še bolj škodljivo, saj lahko dendriti (igličaste litijeve usedline) razpokajo trdni elektrolit.

V primerjavi z navadnimi litij-ionskimi baterijami

• Litij-ionski tekoči elektrolit: Mraz zgosti tekočino (zmanjša prevodnost), kar zmanjša doseg in hitrost polnjenja.

• Litij-ionska baterija v trdnem stanjuVarnejše v mrazu (brez zmrzovanja/puščanja tekočine), vendarše vedno izgublja prevodnostker trdne snovi pri nizkih temperaturah ne prenašajo dobro ionov.

Trenutne rešitve v raziskavah

1. Sulfidni elektroliti

   • Nekateri trdni elektroliti na osnovi sulfidov ohranjajo relativno visoko prevodnost tudi pod 0 °C.

   • Obetavno za električna vozila v hladnih regijah.

2. Polimerno-keramični hibridi

   • Kombinacija fleksibilnih polimerov s keramičnimi delci izboljša pretok ionov pri nizkih temperaturah, hkrati pa ohranja varnost.

3. Inženiring vmesnikov

   • Razvijajo se premazi ali vmesni sloji, ki ohranjajo stik med elektrodo in elektrolitom stabilen med temperaturnimi nihanji.

4. Sistemi predgrevanja v električnih vozilih

   • Tako kot današnja električna vozila segrevajo tekoče baterije pred polnjenjem, bodo tudi prihodnja električna vozila s trdnimi elektromotorji morda uporabljalatoplotno upravljanjeda celice ostanejo v idealnem območju (15–35 °C).

Povzetek:
Trdne baterije so res prizadete zaradi mraza, predvsem zaradi nižje ionske prevodnosti in vmesne upornosti. V teh pogojih so še vedno varnejše od tekočih litij-ionskih baterij, vendarzmogljivost (doseg, hitrost polnjenja, izhodna moč) lahko znatno pade pod 0 °CRaziskovalci aktivno delajo na elektrolitih in zasnovah, ki ostanejo prevodni v mrazu, s ciljem zanesljive uporabe v električnih vozilih tudi v zimskem podnebju.