แบตเตอรี่โซลิดสเตตได้รับผลกระทบจากความเย็นหรือไม่?

ความเย็นส่งผลต่อแบตเตอรี่โซลิดสเตตอย่างไรและสิ่งที่กำลังทำเกี่ยวกับเรื่องนี้:

ทำไมความหนาวเย็นจึงเป็นความท้าทาย

1. ค่าการนำไอออนต่ำ

   • อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง (เซรามิก ซัลไฟด์ โพลิเมอร์) อาศัยไอออนลิเธียมที่กระโดดผ่านโครงสร้างผลึกหรือโพลิเมอร์แข็ง

   • ที่อุณหภูมิต่ำ การกระโดดจะช้าลง ดังนั้นความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นและกำลังส่งลดลง

2. ปัญหาอินเทอร์เฟซ

   • ในแบตเตอรี่โซลิดสเตต การสัมผัสระหว่างอิเล็กโทรไลต์โซลิดและอิเล็กโทรดเป็นสิ่งสำคัญ

   • อุณหภูมิที่เย็นสามารถทำให้วัสดุหดตัวได้ในอัตราที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดไมโครแก๊ปที่อินเทอร์เฟซ → ทำให้การไหลของไอออนแย่ลง

3. ความยากในการชาร์จ

   • เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบของเหลว การชาร์จที่อุณหภูมิต่ำมากมีความเสี่ยงการชุบลิเธียม(ลิเธียมโลหะที่ก่อตัวบนขั้วบวก)

   • ในสถานะของแข็ง สิ่งนี้สามารถสร้างความเสียหายได้มากกว่า เนื่องจากเดนไดรต์ (แหล่งลิเธียมที่มีลักษณะคล้ายเข็ม) สามารถทำให้อิเล็กโทรไลต์ของแข็งแตกร้าวได้

เมื่อเทียบกับลิเธียมไอออนทั่วไป

• ลิเธียมไอออนอิเล็กโทรไลต์เหลว:ความเย็นทำให้ของเหลวข้นขึ้น (นำไฟฟ้าได้น้อยลง) ทำให้ระยะการชาร์จลดลงและความเร็วในการชาร์จลดลง

• ลิเธียมไอออนแบบโซลิดสเตต: ปลอดภัยกว่าในที่เย็น (ไม่มีของเหลวแข็งตัว/รั่วไหล) แต่ยังคงสูญเสียสภาพนำไฟฟ้าเนื่องจากของแข็งไม่สามารถขนส่งไอออนได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ

แนวทางแก้ไขปัจจุบันในการวิจัย

1. ซัลไฟด์อิเล็กโทรไลต์

   • อิเล็กโทรไลต์ของแข็งที่มีส่วนประกอบเป็นซัลไฟด์บางชนิดสามารถรักษาสภาพการนำไฟฟ้าได้ค่อนข้างสูงแม้จะอยู่ต่ำกว่า 0 °C

   • มีแนวโน้มที่ดีสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าในพื้นที่หนาวเย็น

2. ไฮบริดโพลิเมอร์-เซรามิก

   • การผสมผสานโพลิเมอร์แบบยืดหยุ่นกับอนุภาคเซรามิกช่วยปรับปรุงการไหลของไอออนที่อุณหภูมิต่ำพร้อมทั้งยังคงรักษาความปลอดภัยไว้ได้

3. วิศวกรรมอินเทอร์เฟซ

   • กำลังมีการพัฒนาสารเคลือบหรือชั้นบัฟเฟอร์เพื่อให้การสัมผัสระหว่างอิเล็กโทรดกับอิเล็กโทรไลต์มีเสถียรภาพระหว่างการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

4. ระบบอุ่นล่วงหน้าในรถยนต์ไฟฟ้า

   • เช่นเดียวกับรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันที่อุ่นแบตเตอรี่ของเหลวก่อนการชาร์จ รถยนต์ไฟฟ้าโซลิดสเตตในอนาคตอาจใช้การจัดการความร้อนเพื่อให้เซลล์อยู่ในช่วงที่เหมาะสม (15–35 °C)

สรุป:
แบตเตอรี่โซลิดสเตตได้รับผลกระทบจากความเย็นจริง ๆ ส่วนใหญ่เกิดจากค่าการนำไฟฟ้าของไอออนและความต้านทานของอินเทอร์เฟซที่ต่ำกว่า อย่างไรก็ตาม แบตเตอรี่โซลิดสเตตยังคงปลอดภัยกว่าลิเธียมไอออนเหลวในสภาวะเช่นนี้ แต่ประสิทธิภาพ (ระยะ อัตราการชาร์จ กำลังขับ) อาจลดลงอย่างมากต่ำกว่า 0 °Cนักวิจัยกำลังทำงานอย่างแข็งขันเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์และการออกแบบที่ยังคงนำไฟฟ้าในสภาพอากาศหนาวเย็น โดยมุ่งหวังที่จะใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือในรถยนต์ไฟฟ้าแม้ในสภาพอากาศฤดูหนาว