រដូវរងាមកដល់ហើយ សូមក្រឡេកមើលបាតុភូតការវិភាគសីតុណ្ហភាពទាបនៃអាគុយលីចូមអ៊ីយ៉ុង

ដំណើរការនៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងត្រូវបានប៉ះពាល់យ៉ាងខ្លាំងដោយលក្ខណៈ kinetic របស់ពួកគេ។ ដោយសារតែ Li+ ត្រូវការរំលាយជាមុននៅពេលដែលវាត្រូវបានបង្កប់នៅក្នុងសម្ភារៈក្រាហ្វិច វាចាំបាច់ត្រូវប្រើប្រាស់បរិមាណថាមពលជាក់លាក់ និងរារាំងការសាយភាយរបស់ Li+ ទៅក្នុងក្រាហ្វិច។ ផ្ទុយទៅវិញ នៅពេលដែល Li+ ត្រូវបានបញ្ចេញចេញពីអង្គធាតុក្រាហ្វីតទៅក្នុងសូលុយស្យុង ដំណើរការដំណោះស្រាយនឹងកើតឡើងមុនគេ ហើយដំណើរការដំណោះស្រាយមិនទាមទារការប្រើប្រាស់ថាមពលទេ។ Li+ អាច​ដក​ក្រាហ្វិច​ចេញ​បាន​យ៉ាង​ឆាប់​រហ័ស ដែល​នាំ​ឱ្យ​ការ​ទទួល​យក​សម្ភារៈ​ក្រាហ្វិច​ខ្សោយ​ជាង​មុន។ នៅក្នុងភាពអាចទទួលយកបាននៃការបញ្ចេញ។

នៅសីតុណ្ហភាពទាប លក្ខណៈ kinetic នៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតអវិជ្ជមានបានប្រសើរឡើង និងកាន់តែអាក្រក់ទៅៗ។ ដូច្នេះ ប៉ូលអេឡិចត្រិចគីមីនៃអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានត្រូវបានពង្រឹងយ៉ាងខ្លាំងកំឡុងពេលដំណើរការសាកថ្ម ដែលអាចនាំឱ្យមានទឹកភ្លៀងនៃលីចូមលោហធាតុលើផ្ទៃអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានយ៉ាងងាយស្រួល។ ការស្រាវជ្រាវដោយ Christian von Lüders នៃសាកលវិទ្យាល័យបច្ចេកទេសនៃទីក្រុង Munich ប្រទេសអាឡឺម៉ង់បានបង្ហាញថានៅ -2 ° C អត្រាបន្ទុកលើសពី C / 2 ហើយបរិមាណទឹកភ្លៀងលីចូមដែកកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង។ ជាឧទាហរណ៍ នៅអត្រា C/2 បរិមាណនៃបន្ទះលីចូមលើផ្ទៃអេឡិចត្រូតប្រឆាំងគឺប្រហែលនឹងបន្ទុកទាំងមូល។ 5.5% នៃសមត្ថភាព ប៉ុន្តែនឹងឈានដល់ 9% ក្រោមការពង្រីក 1C ។ លីចូមលោហធាតុដែលជ្រាបទឹកអាចអភិវឌ្ឍបន្ថែមទៀត ហើយទីបំផុតក្លាយជាលីចូមដេនឌ្រីត ទម្លុះតាមដ្យាក្រាម និងបណ្តាលឱ្យមានចរន្តខ្លីនៃអេឡិចត្រូតវិជ្ជមាន និងអវិជ្ជមាន។ ដូច្នេះ ចាំបាច់ត្រូវចៀសវាងការសាកថ្មលីចូមអ៊ីយ៉ុងនៅសីតុណ្ហភាពទាបតាមដែលអាចធ្វើទៅបាន។ នៅពេលដែលវាត្រូវតែសាកថ្មនៅសីតុណ្ហភាពទាប វាចាំបាច់ក្នុងការជ្រើសរើសចរន្តតូចមួយដើម្បីសាកថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងឱ្យបានច្រើនតាមតែអាចធ្វើទៅបាន ហើយរក្សាទុកថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងឱ្យបានពេញលេញបន្ទាប់ពីការសាកថ្ម ដើម្បីធានាថាលោហៈលីចូមដែលធ្លាក់ពីអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមាន។ អាចមានប្រតិកម្មជាមួយនឹងក្រាហ្វិច និងបញ្ចូលឡើងវិញនៅក្នុងអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតអវិជ្ជមាន។

Veronika Zinth និងអ្នកផ្សេងទៀតនៃសាកលវិទ្យាល័យបច្ចេកទេសនៃទីក្រុង Munich បានប្រើការបំភាយនឺត្រុង និងវិធីសាស្រ្តផ្សេងទៀតដើម្បីសិក្សាពីឥរិយាបថវិវត្តន៍នៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងនៅសីតុណ្ហភាពទាបនៃ -20 ° C ។ ការ​សាយភាយ​នឺត្រុង​គឺជា​វិធីសាស្ត្រ​រកឃើញ​ថ្មី​ក្នុង​រយៈពេល​ប៉ុន្មាន​ឆ្នាំ​ចុងក្រោយ​នេះ​។ បើប្រៀបធៀបជាមួយ XRD ការបំភាយនឺត្រុងគឺមានភាពរសើបជាងមុនចំពោះធាតុពន្លឺ (Li, O, N, ល។ ) ដូច្នេះវាពិតជាស័ក្តិសមសម្រាប់ការធ្វើតេស្តដែលមិនមានការបំផ្លិចបំផ្លាញនៃថ្ម lithium-ion។

នៅក្នុងការពិសោធន៍ VeronikaZinth បានប្រើថ្ម NMC111/graphite 18650 ដើម្បីសិក្សាពីឥរិយាបថវិវត្តន៍នៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងនៅសីតុណ្ហភាពទាប។ ថ្មត្រូវបានសាក និងរំសាយចេញកំឡុងពេលធ្វើតេស្ត យោងទៅតាមដំណើរការដែលបង្ហាញក្នុងរូបភាពខាងក្រោម។

តួរលេខខាងក្រោមបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលនៃអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមាននៅក្រោម SoCs ផ្សេងៗក្នុងអំឡុងពេលវដ្តនៃការសាកថ្មទីពីរនៅ C/30 rate charging។ វាអាចហាក់ដូចជាថានៅ 30.9% SoC ដំណាក់កាលនៃអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានគឺ LiC12 ជាចម្បង Li1-XC18 និងចំនួនតិចតួចនៃសមាសភាព LiC6 ។ បន្ទាប់ពី SoC លើសពី 46% អាំងតង់ស៊ីតេនៃការបំភាយនៃ LiC12 បន្តថយចុះ ខណៈពេលដែលថាមពលរបស់ LiC6 បន្តកើនឡើង។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សូម្បីតែបន្ទាប់ពីការសាកចុងក្រោយត្រូវបានបញ្ចប់ក៏ដោយ ដោយសារត្រឹមតែ 1503mAh ត្រូវបានសាកនៅសីតុណ្ហភាពទាប (សមត្ថភាពគឺ 1950mAh នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់) LiC12 មាននៅក្នុងអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមាន។ ឧបមាថាចរន្តសាកត្រូវបានកាត់បន្ថយមក C/100។ ក្នុងករណីនោះ ថ្មនៅតែអាចទទួលបានសមត្ថភាព 1950mAh នៅសីតុណ្ហភាពទាប ដែលបង្ហាញថាការថយចុះថាមពលនៃថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងនៅសីតុណ្ហភាពទាបគឺបណ្តាលមកពីការខ្សោះជីវជាតិនៃលក្ខខណ្ឌ kinetic ។

រូបខាងក្រោមបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលនៃក្រាហ្វិចនៅក្នុងអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានកំឡុងពេលសាកថ្មតាមអត្រា C/5 នៅសីតុណ្ហភាពទាបនៃ -20°C។ វាអាចមើលឃើញថាការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលនៃក្រាហ្វិចគឺខុសគ្នាយ៉ាងខ្លាំងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងអត្រា C/30 ។ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញពីតួលេខថានៅពេលដែល SoC> 40% កម្លាំងដំណាក់កាលនៃថ្ម LiC12 ក្រោមអត្រាសាក C/5 មានការថយចុះគួរឱ្យកត់សម្គាល់ ហើយការកើនឡើងនៃកម្លាំងដំណាក់កាល LiC6 ក៏ខ្សោយជាង C/30 ផងដែរ។ អត្រាការប្រាក់។ វាបង្ហាញថានៅអត្រាខ្ពស់នៃ C/5 តិចជាង LiC12 បន្តទៅជា intercalate lithium ហើយត្រូវបានបំប្លែងទៅជា LiC6 ។

រូបខាងក្រោមប្រៀបធៀបការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតអវិជ្ជមាននៅពេលសាកក្នុងអត្រា C/30 និង C/5 រៀងគ្នា។ តួលេខបង្ហាញថាសម្រាប់អត្រាសាកថ្មពីរផ្សេងគ្នា ដំណាក់កាលលីចូមខ្សោយ Li1-XC18 គឺស្រដៀងគ្នាខ្លាំងណាស់។ ភាពខុសគ្នាត្រូវបានឆ្លុះបញ្ចាំងជាចម្បងនៅក្នុងដំណាក់កាលពីរនៃ LiC12 និង LiC6 ។ វាអាចត្រូវបានគេមើលឃើញពីតួរលេខដែលនិន្នាការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលនៅក្នុងអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានគឺនៅជិតគ្នានៅដំណាក់កាលដំបូងនៃការសាកថ្មក្រោមអត្រាសាកពីរ។ សម្រាប់ដំណាក់កាល LiC12 នៅពេលដែលសមត្ថភាពសាកបានដល់ 950mAh (49% SoC) ទំនោរផ្លាស់ប្តូរចាប់ផ្តើមលេចឡើងខុសគ្នា។ នៅពេលដែលវាមកដល់ 1100mAh (56.4% SoC) ដំណាក់កាល LiC12 ក្រោមការពង្រីកទាំងពីរចាប់ផ្តើមបង្ហាញគម្លាតគួរឱ្យកត់សម្គាល់។ នៅពេលសាកថ្មក្នុងអត្រាទាបនៃ C/30 ការធ្លាក់ចុះនៃដំណាក់កាល LiC12 គឺលឿនណាស់ ប៉ុន្តែការធ្លាក់ចុះនៃដំណាក់កាល LiC12 នៅអត្រា C/5 គឺយឺតជាង។ នោះគឺលក្ខខណ្ឌ kinetic នៃការបញ្ចូលលីចូមនៅក្នុងអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានកាន់តែយ៉ាប់យ៉ឺននៅសីតុណ្ហភាពទាប។ ដូច្នេះ LiC12 បន្ថែម intercalates lithium ដើម្បីបង្កើត LiC6 ល្បឿនដំណាក់កាលថយចុះ។ ស្របគ្នានោះ ដំណាក់កាល LiC6 កើនឡើងយ៉ាងលឿនក្នុងអត្រាទាបនៃ C/30 ប៉ុន្តែយឺតជាងនៅអត្រា C/5 ។ នេះបង្ហាញថានៅអត្រា C/5 មាន Li តូចជាងត្រូវបានបង្កប់នៅក្នុងរចនាសម្ព័ន្ធគ្រីស្តាល់នៃក្រាហ្វិច ប៉ុន្តែអ្វីដែលគួរឱ្យចាប់អារម្មណ៍នោះគឺថាសមត្ថភាពសាកថ្ម (1520.5mAh) នៅអត្រាសាក C/5 គឺខ្ពស់ជាងនៅ C ។ / អត្រាការប្រាក់ 30 ។ ថាមពល (1503.5mAh) គឺខ្ពស់ជាង។ Li បន្ថែមដែលមិនត្រូវបានបង្កប់នៅក្នុងអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតអវិជ្ជមានទំនងជាត្រូវបាន precipitated លើផ្ទៃក្រាហ្វិចក្នុងទម្រង់នៃលីចូមលោហធាតុ។ ដំណើរការឈរបន្ទាប់ពីការបញ្ចប់នៃការសាកថ្មក៏បង្ហាញពីចំណុចនេះពីចំហៀងផងដែរ - បន្តិច។

រូបខាងក្រោមបង្ហាញពីរចនាសម្ព័ន្ធដំណាក់កាលនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតអវិជ្ជមានបន្ទាប់ពីការសាកថ្ម និងបន្ទាប់ពីទុកចោលរយៈពេល 20 ម៉ោង។ នៅចុងបញ្ចប់នៃការសាកថ្មដំណាក់កាលនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វិចអវិជ្ជមានគឺខុសគ្នាយ៉ាងខ្លាំងនៅក្រោមអត្រាសាកពីរ។ នៅ C/5 សមាមាត្រនៃ LiC12 នៅក្នុង graphite anode គឺខ្ពស់ជាង ហើយភាគរយនៃ LiC6 គឺទាបជាង ប៉ុន្តែបន្ទាប់ពីឈររយៈពេល 20 ម៉ោង ភាពខុសគ្នារវាងទាំងពីរបានក្លាយទៅជាតិចតួចបំផុត។

រូបខាងក្រោមបង្ហាញពីការផ្លាស់ប្តូរដំណាក់កាលនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតអវិជ្ជមានក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការផ្ទុក 20h ។ វាអាចមើលឃើញពីតួលេខថាទោះបីជាដំណាក់កាលនៃអេឡិចត្រូតប្រឆាំងទាំងពីរនៅតែមានភាពខុសគ្នាខ្លាំងនៅដើមដំបូងនៅពេលដែលការផ្ទុកកើនឡើងក៏ដោយក៏ការសាកថ្មពីរប្រភេទដែលដំណាក់កាលនៃអាណូតក្រាហ្វិចនៅក្រោមការពង្រីកបានផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងជិតស្និទ្ធ។ LiC12 អាចបន្តបំប្លែងទៅជា LiC6 ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការដាក់ធ្នើ ដែលបង្ហាញថា Li នឹងបន្តត្រូវបានបង្កប់នៅក្នុងក្រាហ្វិចក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការដាក់ធ្នើ។ ផ្នែកនៃលីនេះទំនងជាលោហធាតុលីចូម precipitated ផ្ទៃនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតអវិជ្ជមាននៅសីតុណ្ហភាពទាប។ ការវិភាគបន្ថែមបានបង្ហាញថានៅចុងបញ្ចប់នៃការសាកថ្មនៅអត្រា C/30 កម្រិតនៃអាំងតេក្រាលលីចូមនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតអវិជ្ជមានគឺ 68% ។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ កម្រិតនៃអន្តរកាលលីចូមបានកើនឡើងដល់ 71% បន្ទាប់ពីការដាក់ធ្នើរ ការកើនឡើង 3% ។ នៅចុងបញ្ចប់នៃការសាកថ្មនៅអត្រា C/5 កម្រិតបញ្ចូលលីចូមនៃអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតអវិជ្ជមានគឺ 58% ប៉ុន្តែបន្ទាប់ពីទុកចោល 20 ម៉ោង វាកើនឡើងដល់ 70% ការកើនឡើងសរុប 12% ។

ការស្រាវជ្រាវខាងលើបង្ហាញថា នៅពេលសាកថ្មនៅសីតុណ្ហភាពទាប សមត្ថភាពថ្មនឹងថយចុះដោយសារតែការខ្សោះជីវជាតិនៃលក្ខខណ្ឌ kinetic ។ វាក៏នឹង precipitate លោហៈលីចូមនៅលើផ្ទៃនៃអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានដោយសារតែការថយចុះនៃអត្រានៃការបញ្ចូលលីចូមក្រាហ្វិច។ ទោះជាយ៉ាងណា, បន្ទាប់ពីរយៈពេលនៃការផ្ទុក, ផ្នែកនៃលីចូមលោហធាតុនេះអាចត្រូវបានបង្កប់នៅក្នុងក្រាហ្វិចម្តងទៀត; នៅក្នុងការប្រើប្រាស់ជាក់ស្តែង ពេលវេលានៃការដាក់គឺច្រើនតែខ្លី ហើយមិនមានការធានាថា លីចូមលោហធាតុទាំងអស់អាចបញ្ចូលទៅក្នុងក្រាហ្វិចម្តងទៀតបានទេ ដូច្នេះវាអាចបណ្តាលឱ្យលីចូមលោហធាតុមួយចំនួនបន្តមាននៅក្នុងអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមាន។ ផ្ទៃរបស់ថ្ម lithium-ion នឹងប៉ះពាល់ដល់សមត្ថភាពរបស់ថ្ម lithium-ion ហើយអាចផលិត lithium dendrites ដែលបង្កគ្រោះថ្នាក់ដល់សុវត្ថិភាពនៃថ្ម lithium-ion។ ដូច្នេះ សូមព្យាយាមជៀសវាងការសាកថ្មលីចូមអ៊ីយ៉ុងនៅសីតុណ្ហភាពទាប។ ចរន្តទាប ហើយបន្ទាប់ពីការកំណត់ ធានាបាននូវពេលវេលាដាក់គ្រប់គ្រាន់ ដើម្បីលុបបំបាត់លោហៈលីចូមនៅក្នុងអេឡិចត្រូតក្រាហ្វីតអវិជ្ជមាន។

អត្ថបទនេះសំដៅលើឯកសារខាងក្រោមជាចម្បង។ របាយការណ៍នេះត្រូវបានប្រើដើម្បីណែនាំ និងពិនិត្យមើលការងារវិទ្យាសាស្ត្រដែលពាក់ព័ន្ធ ការបង្រៀនក្នុងថ្នាក់ និងការស្រាវជ្រាវវិទ្យាសាស្ត្រប៉ុណ្ណោះ។ មិនមែនសម្រាប់ការប្រើប្រាស់ពាណិជ្ជកម្មទេ។ ប្រសិនបើអ្នកមានបញ្ហារក្សាសិទ្ធិ សូមទាក់ទងមកយើងខ្ញុំដោយសេរី។

1. វាយតម្លៃសមត្ថភាពនៃសម្ភារៈក្រាហ្វិចជាអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមាននៅក្នុងឧបករណ៍បំប្លែងលីចូមអ៊ីយ៉ុង, អេឡិចត្រូឈីមីកា អេតា ៥៥ (ឆ្នាំ ២០១០) ៣៣៣០ - ៣៣៣៥, អេសអេសស៊ីវ៉ាកគូម៉ា, ជេអ៊ី ណឺកា, អេជី ផានដូហ្វូ

2. ការដាក់បន្ទះលីចូមនៅក្នុងថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុង ដែលត្រូវបានស៊ើបអង្កេតដោយការបន្ធូរបន្ថយវ៉ុល និងការបង្វែរនឺត្រុងនៅក្នុងទីតាំង, ទិនានុប្បវត្តិនៃប្រភពថាមពល 342(2017)17-23, Christian von Lüders, Veronika Zinth, Simon V.Erhard, Patrick J.Osswald, Michael Hofman , Ralph Gilles, Andreas Jossen

3. ការដាក់បញ្ចូលថ្មលីចូមក្នុងថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងនៅសីតុណ្ហភាពរងជុំវិញដែលស៊ើបអង្កេតដោយ in situ neutron diffraction, Journal of Power Sources 271 (2014) 152-159, Veronika Zinth, Christian von Lüders, Michael Hofmann, Johannes Hattendorff, Irmgard Buch Erhard, Joana Rebelo-Kornmeier, Andreas Jossen, Ralph Gilles