แบตเตอรี่แบบโซลิดสเตทได้รับผลกระทบจากความเย็นหรือไม่?

ความเย็นส่งผลต่อแบตเตอรี่โซลิดสเตทอย่างไรและกำลังมีการดำเนินการอะไรบ้างเกี่ยวกับเรื่องนี้:

ทำไมความหนาวเย็นจึงเป็นความท้าทาย

1. ค่าการนำไฟฟ้าไอออนต่ำลง

   • อิเล็กโทรไลต์ของแข็ง (เซรามิก ซัลไฟด์ โพลิเมอร์) อาศัยการเคลื่อนที่ของไอออนลิเธียมผ่านโครงสร้างผลึกหรือโพลิเมอร์ที่แข็งแรง

   • ที่อุณหภูมิต่ำ การกระโดดนี้จะช้าลง ดังนั้นความต้านทานภายในเพิ่มขึ้นและกำลังไฟที่ส่งลดลง

2. ปัญหาเกี่ยวกับอินเทอร์เฟซ

   • ในแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตท การสัมผัสระหว่างอิเล็กโทรไลต์แข็งกับขั้วไฟฟ้ามีความสำคัญอย่างยิ่ง

   • อุณหภูมิต่ำสามารถทำให้วัสดุหดตัวในอัตราที่แตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดการหดตัวขึ้นช่องว่างขนาดเล็กบริเวณรอยต่อ → ทำให้การไหลของไอออนแย่ลง

3. ปัญหาการชาร์จ

   • เช่นเดียวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเหลว การชาร์จที่อุณหภูมิต่ำมากมีความเสี่ยงการชุบลิเธียม(ลิเธียมโลหะก่อตัวขึ้นที่ขั้วบวก)

   • ในสถานะของแข็ง สิ่งนี้อาจสร้างความเสียหายได้มากกว่า เนื่องจากเดนไดรต์ (ลิเธียมที่มีลักษณะเป็นเข็ม) สามารถทำให้สารอิเล็กโทรไลต์แข็งแตกได้

เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไป

• อิเล็กโทรไลต์เหลวลิเธียมไอออนความเย็นทำให้ของเหลวมีความหนืดมากขึ้น (นำไฟฟ้าได้น้อยลง) ส่งผลให้ระยะทางและการชาร์จช้าลง

• ลิเธียมไอออนแบบโซลิดสเตทปลอดภัยกว่าในที่เย็น (ของเหลวไม่แข็งตัว/รั่วซึม) แต่ยังคงสูญเสียการนำไฟฟ้าเนื่องจากของแข็งไม่สามารถนำพาไอออนได้ดีที่อุณหภูมิต่ำ

แนวทางการแก้ปัญหาในปัจจุบันในการวิจัย

1. อิเล็กโทรไลต์ซัลไฟด์

   • สารอิเล็กโทรไลต์แข็งที่มีซัลไฟด์เป็นองค์ประกอบบางชนิดยังคงรักษาค่าการนำไฟฟ้าได้ค่อนข้างสูงแม้ในอุณหภูมิต่ำกว่า 0 °C

   • มีแนวโน้มที่ดีสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าในพื้นที่ที่มีอากาศหนาวเย็น

2. วัสดุไฮบริดพอลิเมอร์-เซรามิก

   • การผสมผสานโพลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นเข้ากับอนุภาคเซรามิก ช่วยเพิ่มการไหลของไอออนที่อุณหภูมิต่ำ ในขณะเดียวกันก็รักษาความปลอดภัยไว้ได้

3. วิศวกรรมอินเทอร์เฟซ

   • กำลังมีการพัฒนาสารเคลือบหรือชั้นบัฟเฟอร์เพื่อรักษาเสถียรภาพการสัมผัสระหว่างอิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ

4. ระบบอุ่นเครื่องล่วงหน้าในรถยนต์ไฟฟ้า

   • เช่นเดียวกับรถยนต์ไฟฟ้าในปัจจุบันที่ต้องอุ่นแบตเตอรี่เหลวก่อนชาร์จ รถยนต์ไฟฟ้าแบบโซลิดสเตทในอนาคตอาจใช้วิธีการเดียวกันนี้การจัดการความร้อนเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิของเซลล์ให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสม (15–35 °C)

สรุป:
แบตเตอรี่โซลิดสเตทได้รับผลกระทบจากความเย็นอย่างแน่นอน โดยส่วนใหญ่เกิดจากค่าการนำไฟฟ้าของไอออนที่ต่ำลงและความต้านทานของส่วนต่อประสาน อย่างไรก็ตาม ในสภาวะดังกล่าว แบตเตอรี่โซลิดสเตทยังคงปลอดภัยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบเหลว แต่...ประสิทธิภาพ (ระยะทาง อัตราการชาร์จ กำลังไฟ) อาจลดลงอย่างมากเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียสนักวิจัยกำลังทำงานอย่างแข็งขันเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์และการออกแบบที่ยังคงนำไฟฟ้าได้ในสภาพอากาศหนาวเย็น โดยมีเป้าหมายเพื่อให้สามารถใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือในรถยนต์ไฟฟ้าแม้ในสภาพอากาศหนาวเย็นในฤดูหนาว