Abstraktne
Liitiumioonakusid (LIB) peetakse üheks olulisemaks energiasalvestustehnoloogiaks.Akude energiatiheduse kasvades muutub akude ohutus veelgi kriitilisemaks, kui energia tahtmatult vabaneb.Libide tulekahjude ja plahvatustega seotud õnnetusi juhtub kogu maailmas sageli.Mõned neist on põhjustanud tõsist ohtu inimeste elule ja tervisele ning toonud kaasa arvukad toodete tagasivõtmised tootjate poolt.Need vahejuhtumid tuletavad meelde, et ohutus on akude eeltingimus ning enne suure energiatarbega akusüsteemide tulevast rakendamist tuleb lahendada tõsised probleemid.Selle ülevaate eesmärk on võtta kokku LIB ohutusprobleemide päritolu põhialused ja tuua esile hiljutised olulised edusammud materjalide kujundamisel LIB ohutuse parandamiseks.Eeldame, et käesolev ülevaade inspireerib aku ohutuse edasist parandamist, eriti uute suure energiatihedusega LIB-de puhul.
LIB OHUTUSKÜSIMUSTE ALG
LIB-de sees olev orgaaniline vedel elektrolüüt on tuleohtlik.LIB-süsteemi üks katastroofilisemaid tõrkeid on kaskaadne termiline jooksmine, mida peetakse aku ohutusprobleemide peamiseks põhjuseks.Üldiselt toimub termiline põgenemine siis, kui eksotermiline reaktsioon väljub kontrolli alt.Kui aku temperatuur tõuseb üle ~80°C, suureneb eksotermilise keemilise reaktsiooni kiirus akude sees ja kuumeneb element veelgi, mille tulemuseks on positiivne tagasisidetsükkel.Pidevalt tõusev temperatuur võib põhjustada tulekahjusid ja plahvatusi, eriti suurte akude puhul.Seetõttu võib termilise põgenemise põhjuste ja protsesside mõistmine suunata funktsionaalsete materjalide kavandamist, et parandada LIB-de ohutust ja töökindlust.Termilise põgenemise protsessi saab jagada kolmeks etapiks, nagu on kokku võetudJoonis 1.
Joonis 1 Kolm etappi termilise äravooluprotsessi jaoks.
1. etapp: ülekuumenemise algus.Patareid muutuvad normaalsest olekust ebanormaalseks ja sisetemperatuur hakkab tõusma.2. etapp: soojuse akumulatsiooni ja gaasi vabastamise protsess.Sisetemperatuur tõuseb kiiresti ja akul toimub eksotermiline reaktsioon.3. etapp: Põlemine ja plahvatus.Tuleohtlik elektrolüüt põleb, põhjustades tulekahjusid ja isegi plahvatusi.
Ülekuumenemise algus (1. etapp)
Termiline jooksmine saab alguse akusüsteemi ülekuumenemisest.Esialgne ülekuumenemine võib tekkida aku laadimisel üle kavandatud pinge (ülelaadimine), kokkupuutel ülemäärase temperatuuriga, vigasest juhtmestikust tingitud väliste lühiste või elemendi defektidest tingitud sisemiste lühiste tõttu.Nende hulgas on sisemine lühis peamiseks termilise äravoolu põhjuseks ja seda on suhteliselt raske kontrollida.Sisemine lühis võib juhtuda rakkude purustamise korral, näiteks välise metallipuru tungimise korral;sõiduki kokkupõrge;liitiumdendriidi moodustumine suure voolutihedusega laadimisel, ülelaadimise tingimustes või madalatel temperatuuridel;ja aku kokkupanemisel tekkinud vigased separaatorid, kui nimetada vaid mõnda.Näiteks 2013. aasta oktoobri alguses sõitis Tesla auto Seattle'i lähedal vastu metallipuru, mis läbistasid kaitsekilbi ja aku.Praht tungis läbi polümeeri separaatorite ja ühendas otse katoodi ja anoodi, põhjustades aku lühise ja süttimise;2016. aastal süttis Samsung Note 7 aku tulekahju agressiivselt üliõhukese separaatori tõttu, mida välisrõhk või positiivse elektroodi keevitusjäljed kergesti kahjustasid, põhjustades aku lühise.
1. etapis muutub aku töö normaalsest ebanormaalseks ja kõik ülaltoodud probleemid põhjustavad aku ülekuumenemise.Kui sisetemperatuur hakkab tõusma, lõpeb 1. etapp ja algab 2. etapp.
Soojuse kogunemise ja gaasi vabastamise protsess (2. etapp)
2. etapi alguses tõuseb sisetemperatuur kiiresti ja akus toimuvad järgmised reaktsioonid (need reaktsioonid ei toimu täpselt etteantud järjekorras, mõned neist võivad ilmneda samaaegselt):
(1) Tahke elektrolüüdi interfaasiline (SEI) lagunemine ülekuumenemise või füüsilise läbitungimise tõttu.SEI kiht koosneb peamiselt stabiilsetest (nagu LiF ja Li2CO3) ja metastabiilsetest [nagu polümeerid, ROCO2Li, (CH2OCO2Li)2 ja ROLi] komponentidest.Kuid metastabiilsed komponendid võivad ligikaudu >90 °C juures eksotermiliselt laguneda, vabastades tuleohtlikke gaase ja hapnikku.Võtke näiteks (CH2OCO2Li)2
(CH2OCO2Li)2→Li2CO3+C2H4+CO2+0,5O2
(2) SEI lagunemisel temperatuur tõuseb ja anoodis olev liitiummetall või interkaleeritud liitium reageerib elektrolüüdis olevate orgaaniliste lahustitega, vabastades tuleohtlikke süsivesinikgaase (etaan, metaan ja muud).See on eksotermiline reaktsioon, mis tõstab temperatuuri veelgi.
(3) MillalT> ~130°C, hakkab polüetüleen (PE)/polüpropüleen (PP) separaator sulama, mis halvendab olukorda veelgi ning põhjustab lühise katoodi ja anoodi vahel.
(4) Lõpuks põhjustab kuumus liitiummetalloksiidkatoodi materjali lagunemise ja hapniku vabanemise.Võtke näiteks LiCoO2, mis võib laguneda alates ~180°C juurest järgmiselt
Katoodi lagunemine on samuti väga eksotermiline, suurendades veelgi temperatuuri ja rõhku ning kiirendades seeläbi reaktsioone veelgi.
2. etapis temperatuur tõuseb ja akude sisse koguneb hapnik.Termiline põgenemisprotsess jätkub etapist 2 3. etappi niipea, kui aku põlemiseks on kogunenud piisavalt hapnikku ja soojust.
Põlemine ja plahvatus (3. etapp)
3. etapis algab põlemine.LIB-de elektrolüüdid on orgaanilised, mis on peaaegu universaalsed tsükliliste ja lineaarsete alküülkarbonaatide kombinatsioonid.Neil on suur lenduvus ja need on olemuselt väga tuleohtlikud.Võttes näiteks populaarse karbonaatelektrolüüdi [etüleenkarbonaadi (EC) + dimetüülkarbonaadi (DMC) (1:1 massi järgi) segu], on selle aururõhk toatemperatuuril 4,8 kPa ja leekpunkt äärmiselt madal. 25° ± 1°C õhurõhul 1,013 baari.2. etapis eralduv hapnik ja soojus loovad vajalikud tingimused tuleohtlike orgaaniliste elektrolüütide põlemiseks, põhjustades seeläbi tulekahju- või plahvatusohtu.
2. ja 3. etapis toimuvad eksotermilised reaktsioonid peaaegu adiabaatilistes tingimustes.Seega on kiirendatud kalorimeetria (ARC) laialdaselt kasutatav tehnika, mis simuleerib keskkonda LIB-de sees, mis hõlbustab meie arusaamist termilise põgenemisreaktsiooni kineetikast.Joonis 2näitab tüüpilist LIB ARC kõverat, mis on salvestatud termilise kuritarvitamise testide ajal.Temperatuuri tõusu simuleerimisel 2. etapis tõstab väline soojusallikas aku temperatuuri algtemperatuurini.Sellest temperatuurist kõrgemal SEI laguneb, mis käivitab rohkem eksotermilisi keemilisi reaktsioone.Lõpuks sulab eraldaja.Isekuumenemise kiirus suureneb hiljem, põhjustades termilist äravoolu (kui isekuumenemise kiirus on >10 °C/min) ja elektrolüütide põlemist (3. etapp).
Anood on mesosüsiniku mikrohelmeste grafiit.Katood on LiNi0,8Co0,05Al0,05O2.Elektrolüüt on 1,2 M LiPF6 EC/PC/DMC-s.Kasutati Celgard 2325 kolmekihilist eraldajat.Kohandatud Electrochemical Society Inc. loal.
Tuleb märkida, et ülaltoodud reaktsioonid ei toimu rangelt üksteise järel antud järjekorras.Need on pigem keerulised ja süstemaatilised küsimused.
TÄIENDATUD AKUOHUTUSEGA MATERJALID
Tuginedes arusaamale aku termilise jooksmise kohta, uuritakse paljusid lähenemisviise, mille eesmärk on vähendada ohutusriske aku komponentide ratsionaalse disaini kaudu.Järgmistes osades võtame kokku erinevate materjalide lähenemisviisid aku ohutuse parandamiseks, lahendades probleeme, mis vastavad erinevatele termilise jooksmise etappidele.
Probleemide lahendamiseks etapis 1 (ülekuumenemise algus)
Usaldusväärsed anoodimaterjalid.Li dendriidi moodustumine LIB anoodil käivitab termilise põgenemise esimese etapi.Kuigi seda probleemi on kaubanduslike LIB-de anoodidel (näiteks süsinikanoodid) leevendatud, ei ole Li dendriidi moodustumist täielikult pärsitud.Näiteks kaubanduslikes LIB-des toimub dendriidi sadestumine eelistatavalt grafiitelektroodide servades, kui anoodid ja katoodid pole hästi seotud .Lisaks võivad LIB-de ebaõiged töötingimused põhjustada ka Li metalli sadestumist koos dendriidi kasvuga.On hästi teada, et dendriiti saab kergesti moodustada, kui akut laadida (i) suure voolutihedusega, kus Li metalli sadestumine on kiirem kui liitiumioonide difusioon grafiidis;ii) ülelaadimise tingimustes, kui grafiit on üleliitunud;ja (iii) madalatel temperatuuridel [näiteks ümbritseva õhu temperatuuril (~0 °C)] vedela elektrolüüdi suurenenud viskoossuse ja suurenenud liitiumioonide difusioonitakistuse tõttu.
Materjalide omaduste seisukohalt on anoodil Li dendriidi kasvu algust määravaks juurpäritoluks ebastabiilne ja ebaühtlane SEI, mis põhjustab ebaühtlase lokaalse voolujaotuse .SEI ühtluse parandamiseks ja Li dendriidi moodustumise kõrvaldamiseks on uuritud elektrolüütide komponente, eriti lisandeid.Tüüpilised lisandid hõlmavad anorgaanilisi ühendeid [näiteks CO2, LiI jne] ja orgaanilisi ühendeid, mis sisaldavad küllastumata süsiniksidemeid, nagu vinüleenkarbonaat ja maleimiidlisandid;ebastabiilsed tsüklilised molekulid nagu butürolaktoon, etüleensulfit ja nende derivaadid;ja fluoritud ühendid, nagu fluoroetüleenkarbonaat, muu hulgas.Isegi miljoniosade tasemel võivad need molekulid siiski parandada SEI morfoloogiat, homogeniseerides liitiumioonide voogu ja välistades Li dendriidi moodustumise võimaluse.
Üldiselt on Li dendriidi väljakutsed endiselt olemas grafiidi või süsiniku anoodides ja räni / SiO sisaldavates järgmise põlvkonna anoodides.Li dendriidi kasvu probleemi lahendamine on väljakutse, mis on lähitulevikus suure energiatihedusega liitiumioonide keemia kohandamiseks kriitiline.Tuleb märkida, et viimasel ajal on tehtud märkimisväärseid jõupingutusi Li-dendriidi moodustumise probleemi lahendamiseks puhastes Li metalli anoodides, homogeniseerides liitiumioonide voogu Li sadestamise ajal;näiteks kaitsekihi katmine, kunstlik SEI projekteerimine jne. Selles aspektis võiksid mõned meetodid anda valgust sellele, kuidas lahendada ka süsiniku anoodide probleemi LIB-des.
Multifunktsionaalsed vedelad elektrolüüdid ja separaatorid.Vedel elektrolüüt ja separaator mängivad võtmerolli suure energiatarbega katoodi ja anoodi füüsilisel eraldamisel.Seega suudavad hästi läbimõeldud multifunktsionaalsed elektrolüüdid ja separaatorid patareisid märkimisväärselt kaitsta aku termilise äravoolu varases staadiumis (1. etapp).
Akude kaitsmiseks mehaanilise muljumise eest on saadud nihkega paksendav vedel elektrolüüt, lisades karbonaatelektrolüüdile lihtsalt suitsutatud ränidioksiidi (1 M LiFP6 EC/DMC-s).Mehaanilise rõhu või löögi korral avaldab vedelik nihket paksendavat efekti koos viskoossuse suurenemisega, hajutades seega löögienergiat ja demonstreerides tolerantsust muljumise suhtes (Joonis 3A)
Joonis 3 1. etapi probleemide lahendamise strateegiad.
(A) Nihkega paksendav elektrolüüt.Ülemine: tavalise elektrolüüdi korral võib mehaaniline mõju põhjustada aku sisemise lühise, põhjustades tulekahjusid ja plahvatusi.Alumine: uudne nutikas elektrolüüt, millel on surve või löögi all paksendav nihkeefekt, talub suurepärast muljumist, mis võib oluliselt parandada akude mehaanilist ohutust.(B) Bifunktsionaalsed separaatorid liitiumdendriitide varaseks avastamiseks.Dendriidi moodustumine traditsioonilises liitiumakus, kus liitiumdendriidi täielik läbitungimine separaatorisse tuvastatakse ainult siis, kui aku sisemise lühise tõttu ebaõnnestub.Võrdluseks bifunktsionaalse separaatoriga liitiumaku (koosneb kahe tavapärase separaatori vahele jäävast juhtivast kihist), kus kinnikasvanud liitiumdendriit tungib separaatorisse ja puutub kokku juhtiva vasekihiga, mille tulemusel langebVCu−Li, mis hoiatab sisemisest lühisest tingitud eelseisva rikke eest.Täis aku jääb siiski ohutult tööle ja potentsiaali ei ole null.(A) ja (B) on kohandatud või reprodutseeritud ettevõtte Springer Nature loal.(C) Kolmekihiline eraldaja ohtlike Li dendriitide tarbimiseks ja aku tööea pikendamiseks.Vasakul: liitiumanoodid võivad kergesti moodustada dendriitilisi sadestusi, mis võivad järk-järgult suureneda ja tungida läbi inertse polümeeri separaatori.Kui dendriidid lõpuks katoodi ja anoodi ühendavad, on aku lühis ja see ebaõnnestub.Paremal: ränidioksiidi nanoosakeste kiht kaeti kahe kihiga kaubanduslike polümeeride eraldajatega.Seega, kui liitiumdendriidid kasvavad ja tungivad separaatorisse, puutuvad nad kokku vahekihis olevate ränidioksiidi nanoosakestega ja tarbitakse elektrokeemiliselt.(D) ränidioksiidi nanoosakeste vaheseparaatori skaneeriva elektronmikroskoopia (SEM) pilt.(E) Li / Li aku tüüpiline pinge ja aja profiil tavalise eraldajaga (punane kõver) ja ränidioksiidi nanoosakeste vahekihiga kolmekihiline eraldaja (must kõver), mida testiti samadel tingimustel.(C), (D) ja (E) reprodutseeritakse John Wiley and Sonsi loal.(F) Redokssüstiku lisandite mehhanismide skemaatiline illustratsioon.Ülelaetud katoodi pinnal oksüdeeritakse redokslisand vormiks [O], mis seejärel redutseeritakse anoodi pinnal tagasi algolekusse [R] difusiooni teel läbi elektrolüüdi.Oksüdatsiooni-difusiooni-reduktsiooni-difusiooni elektrokeemilist tsüklit saab säilitada lõputult ja see lukustab katoodi potentsiaali ohtliku ülelaadimise eest.(G) Redokssüstiku lisandite tüüpilised keemilised struktuurid.(H) Seiskamise ülelaadimislisandite mehhanism, mis võivad suure potentsiaaliga elektrokeemiliselt polümeriseerida.(I) Seiskamise ülelaadimislisandite tüüpilised keemilised struktuurid.Lisandite tööpotentsiaalid on loetletud iga molekulaarstruktuuri all punktides (G), (H) ja (I).
Separaatorid võivad katoodi ja anoodi elektrooniliselt isoleerida ning mängida olulist rolli aku tervisliku seisundi jälgimisel kohapeal, et vältida edasist halvenemist pärast 1. etappi. Näiteks polümeer-metall-polümeer kolmekihilise konfiguratsiooniga „bifunktsionaalne separaator” (Joonis 3B) võib pakkuda uut pingetundliku funktsiooni.Kui dendriit välja kasvab ja vahekihti jõuab, ühendab see metallikihi ja anoodi nii, et äkiline pingelang nende vahel on koheselt tuvastatav väljundina.
Lisaks tuvastamisele kavandati kolmekihiline separaator ohtlike Li dendriitide tarbimiseks ja nende kasvu aeglustamiseks pärast separaatorisse tungimist.Ränidioksiidi nanoosakeste kiht, mis on kaetud kahe kihiga kaubanduslike polüolefiinseparaatoritega (Joonis 3, C ja D), võivad tarbida läbitungivaid ohtlikke Li dendriite, parandades seega tõhusalt aku ohutust.Kaitstud aku eluiga pikenes märkimisväärselt umbes viis korda võrreldes tavaliste separaatoritega (Joonis 3E).
Ülelaadimise kaitse.Ülelaadimine on määratletud kui aku laadimine üle selle kavandatud pinge.Ülelaadimise võivad vallandada kõrge erivoolutihedus, agressiivsed laadimisprofiilid jne, mis võivad põhjustada mitmeid probleeme, sealhulgas (i) liitiummetalli sadestumine anoodile, mis mõjutab tõsiselt aku elektrokeemilist jõudlust ja ohutust;(ii) katoodmaterjali lagunemine, hapniku vabanemine;ja (iii) orgaanilise elektrolüüdi lagunemine, mille käigus eraldub soojust ja gaasilisi saadusi (H2, süsivesinikud, CO jne), mis põhjustavad termilist äravoolu.Lagunemise ajal toimuvad elektrokeemilised reaktsioonid on keerulised, mõned neist on loetletud allpool.
Tärn (*) tähistab, et gaas vesinik pärineb protoonsest vesinikust, jättes katoodile karbonaatide oksüdeerimisel tekkinud rühmad, mis seejärel hajuvad redutseeritavale anoodile ja tekitavad H2.
Ülelaadimiskaitselisandid võib nende funktsioonide erinevuste põhjal liigitada redokssüstiku lisanditeks ja seiskamislisanditeks.Esimene kaitseb elementi ülelaadimise eest pöörduvalt, teine aga lõpetab elemendi töö jäädavalt.
Redox süstiku lisandid toimivad ülelaadimise korral akusse sisestatud liigse laengu elektrokeemiliselt manööverdades.Nagu näidatudJoonis 3F, põhineb mehhanism redokslisandil, mille oksüdatsioonipotentsiaal on veidi madalam kui elektrolüüdi anoodsel lagunemisel.Ülelaetud katoodi pinnal oksüdeeritakse redokslisand vormiks [O], mis hiljem redutseeritakse anoodi pinnal pärast difusiooni läbi elektrolüüdi tagasi algolekusse [R].Seejärel võib redutseeritud lisand difundeeruda tagasi katoodile ja elektrokeemilist tsüklit "oksüdatsioon-difusioon-redutseerimine-difusioon" saab säilitada lõputult ning seega lukustab katoodi potentsiaal edasise ohtliku ülelaadimise eest.Uuringud on näidanud, et lisandite redokspotentsiaal peaks olema umbes 0,3–0,4 V katoodi potentsiaalist suurem.
Välja on töötatud rida hästi kohandatud keemilise struktuuri ja redokspotentsiaaliga lisandeid, sealhulgas metallorgaanilised metallotseenid, fenotiasiinid, trifenüülamiinid, dimetoksübenseenid ja nende derivaadid ning 2-(pentafluorofenüül)tetrafluoro-1,3,2-bensodioksaborool (Joonis 3G).Molekulaarseid struktuure kohandades saab aditiivseid oksüdatsioonipotentsiaale häälestada üle 4 V, mis sobib kiiresti arenevate kõrgepinge katoodmaterjalide ja elektrolüütide jaoks.Disaini põhiprintsiip hõlmab lisandi kõrgeima hõivatud molekulaarorbitaali langetamist elektrone eemaldavate asendajate lisamise teel, mis suurendab oksüdatsioonipotentsiaali.Lisaks orgaanilistele lisanditele on mõned anorgaanilised soolad, mis mitte ainult ei toimi elektrolüüdisoolana, vaid võivad toimida ka redokssüstikuna, näiteks perfluoroboraani klastrisoolad [st liitiumfluorododekaboraadid (Li2B12F)xH12−x)], on samuti leitud olevat tõhusad redokssüstiku lisandid .
Shutdown-ülelaadimislisandid on pöördumatute ülelaadimiskaitselisandite klass.Need toimivad kas suure potentsiaaliga gaasi vabastamisega, mis omakorda aktiveerib voolukatkestusseadme, või püsivalt elektrokeemiliselt polümeriseerides kõrgetel potentsiaalidel, et lõpetada aku töö enne katastroofiliste tulemuste ilmnemist (Joonis 3H).Esimeste näidete hulka kuuluvad ksüleen, tsükloheksüülbenseen ja bifenüül, samas kui viimaste näidete hulka kuuluvad bifenüül ja muud asendatud aromaatsed ühendid (Joonis 3I).Seiskamislisandite negatiivsed tagajärjed on endiselt LIB-de pikaajaline töö ja säilitusvõime nende ühendite pöördumatu oksüdeerumise tõttu.
Probleemide lahendamiseks etapis 2 (soojuse kogunemise ja gaasi vabastamise protsess)
Usaldusväärsed katoodmaterjalid.Liitiumi siirdemetallide oksiidid, nagu kihilised oksiidid LiCoO2, LiNiO2 ja LiMnO2;spinell-tüüpi oksiid LiM2O4;ja polüanioontüüpi LiFePO4, on populaarsed katoodmaterjalid, millel on aga ohutusprobleemid eriti kõrgetel temperatuuridel.Nende hulgas on suhteliselt ohutu oliviinstruktuuriga LiFePO4, mis on stabiilne kuni 400°C, samas kui LiCoO2 hakkab lagunema 250°C juures.LiFePO4 parema ohutuse põhjuseks on see, et kõik hapnikuioonid moodustavad tugevad kovalentsed sidemed P5+-ga, moodustades PO43− tetraeedrilised polüanioonid, mis stabiliseerivad kogu kolmemõõtmelist raamistikku ja tagavad parema stabiilsuse võrreldes teiste katoodmaterjalidega, kuigi on teatatud mõnest akutuleõnnetusest.Peamine ohutusprobleem tuleneb nende katoodmaterjalide lagunemisest kõrgetel temperatuuridel ja samaaegsest hapniku vabanemisest, mis koos võivad põhjustada põlemist ja plahvatusi, kahjustades tõsiselt aku ohutust.Näiteks kihilise oksiidi LiNiO2 kristallstruktuur on ebastabiilne Ni2+ olemasolu tõttu, mille ioonide suurus on sarnane Li+ omaga.Delitiseeritud LixNiO2 (x< 1) kipub muutuma stabiilsemaks spinell-tüüpi faasiks LiNi2O4 (spinell) ja kivisoola tüüpi NiO, kusjuures hapnik vabaneb vedelasse elektrolüüti umbes 200 °C juures, mis viib elektrolüütide põlemiseni.
Nende katoodmaterjalide termilise stabiilsuse parandamiseks on tehtud märkimisväärseid jõupingutusi aatomi dopingu ja pinna kaitsekattega.
Aatomi doping võib märkimisväärselt suurendada kihiliste oksiidmaterjalide termilist stabiilsust tänu saadud stabiliseeritud kristallstruktuuridele.LiNiO2 või Li1.05Mn1.95O4 termilist stabiilsust saab oluliselt parandada Ni või Mn osalise asendamisega teiste metallikatioonidega, nagu Co, Mn, Mg ja Al.LiCoO2 puhul võib dopingu- ja legeerivate elementide, nagu Ni ja Mn, kasutuselevõtt järsult tõsta lagunemise algustemperatuuriTdets., vältides samal ajal reaktsioone elektrolüüdiga kõrgel temperatuuril.Katoodi termilise stabiilsuse suurenemine toob aga üldiselt kaasa erivõimsuse ohverduse.Selle probleemi lahendamiseks töötati välja laetavate liitiumpatareide kontsentratsioonigradientkatoodi materjal, mis põhineb kihilisel liitiumnikkel-koobalt-mangaanoksiidil (Joonis fig 4A) .Selles materjalis on igal osakesel Ni-rikas keskosa ja Mn-rikas välimine kiht, mille Ni kontsentratsioon väheneb ning Mn ja Co kontsentratsioonid pinnale lähenedes suurenevad (Joonis fig 4B).Esimene tagab suure võimsuse, teine aga parandab termilist stabiilsust.Näidati, et see uudne katoodmaterjal parandab akude ohutust, kahjustamata nende elektrokeemilist jõudlust (Joonis 4C).
Joonis 4. 2. etapi probleemide lahendamise strateegiad: Usaldusväärsed katoodid.
(A) Ni-rikka südamikuga positiivse elektroodi osakese skemaatiline diagramm, mis on ümbritsetud kontsentratsioonigradiendi väliskihiga.Igal osakesel on Ni-rikas keskosa Li(Ni0,8Co0,1Mn0,1)O2 ja Mn-rikas välimine kiht [Li(Ni0,8Co0,1Mn0,1)O2], mille Ni kontsentratsioon väheneb ning Mn ja Co kontsentratsioonid suurenevad. kui pinnale lähenetakse.Esimene tagab suure võimsuse, teine aga parandab termilist stabiilsust.Keskmine koostis on Li(Ni0,68Co0,18Mn0,18)O2.Paremal on näidatud ka tüüpilise osakese skaneeriv elektronmikroskoopia.(B) Lõpliku liitiumoksiidi Li (Ni0,64Co0,18Mn0,18)O2 elektronsond-röntgenikiirguse mikroanalüüsi tulemused.Ni, Mn ja Co kontsentratsiooni järkjärgulised muutused vahekihis on ilmsed.Ni kontsentratsioon väheneb ning Co ja Mn kontsentratsioonid pinna suunas suurenevad.(C) Diferentsiaalse skaneeriva kalorimeetria (DSC) jäljed, mis näitavad soojusvoogu, mis tekib elektrolüüdi reaktsioonil kontsentratsioonigradientmaterjaliga Li (Ni0,64Co0,18Mn0,18)O2, Ni-rikka keskse materjali Li (Ni0,8Co0,1Mn0). 1)O2 ja Mn-rikas väliskiht [Li(Ni0.46Co0.23Mn0.31)O2].Materjalid laaditi pingele 4,3 V. (A), (B) ja (C) reprodutseeritakse Springer Nature'i loal.(D) Vasakul: AlPO4 nanoosakeste kaetud LiCoO2 ereda väljaga kujutise elektronmikroskoopia (TEM) kujutis;energiat hajutav röntgenspektromeetria kinnitab Al- ja P-komponente kattekihis.Paremal: kõrge eraldusvõimega TEM-pilt, millel on AlPO4 nanoosakesed (läbimõõt ~3 nm) nanomõõtmelises kattekihis;nooled näitavad AlPO4 kihi ja LiCoO2 vahelist liidest.(E) Vasakul: pilt elemendist, mis sisaldab palja LiCoO2 katoodi pärast 12-voldise ülelaadimise testi.Selle pinge juures rakk põles ja plahvatas.Paremal: pilt rakust, mis sisaldab AlPO4 nanoosakestega kaetud LiCoO2 pärast 12 V ülelaadimise testi.(D) ja (E) reprodutseeritakse John Wiley and Sonsi loal.
Teine strateegia termilise stabiilsuse parandamiseks on katoodmaterjali katmine kaitsva õhukese kihiga termiliselt stabiilsetest Li + juhtivatest ühenditest, mis võib takistada katoodmaterjalide otsest kokkupuudet elektrolüüdiga ja seega vähendada kõrvalreaktsioone ja soojuse teket.Katteks võivad olla kas anorgaanilised kiled [näiteks ZnO , Al2O3, AlPO4, AlF3 jne], mis võivad pärast liitimist juhtida liitiumiioone (Joonis 4, D ja E) või orgaanilised kiled, nagu polü(diallüüldimetüülammooniumkloriid), γ-butürolaktoonlisanditest moodustatud kaitsekiled ja mitmekomponentsed lisandid (mis koosnevad vinüleenkarbonaadist, 1,3-propüleensulfiidist ja dimetüülatseetamiidist).
Katoodi ohutuse suurendamiseks on tõhus ka positiivse temperatuurikoefitsiendiga katte kasutuselevõtt.Näiteks võivad polü(3-detsüültiofeen) kaetud LiCoO2 katoodid katkestada elektrokeemilised reaktsioonid ja kõrvalreaktsioonid, kui temperatuur tõuseb >80 °C-ni, kuna juhtiv polümeerikiht võib kiiresti muutuda kõrge takistusega olekusse .Hüperhargnenud arhitektuuriga iselõpuvate oligomeeride katted võivad toimida ka termiliselt reageeriva blokeeriva kihina, et aku katoodi poolelt välja lülitada.
Termiliselt lülitatav voolukollektor.Elektrokeemiliste reaktsioonide väljalülitamine aku temperatuuri tõustes 2. etapis võib tõhusalt takistada temperatuuri edasist tõusu.Voolukollektorisse on sisemiselt lisatud kiire ja pöörduv termoresponsiivne polümeeri lülitus (TRPS).Joonis fig 5A) .TRPS-i õhuke kile koosneb juhtiva täiteainena juhtivatest grafeeniga kaetud teravatest nanostruktureeritud nikli (GrNi) osakestest ja suure soojuspaisumise koefitsiendiga (α ~ 10–4 K–1) PE-maatriksist.Valmistatud polümeerkomposiitkiledel on toatemperatuuril kõrge juhtivus (σ), kuid kui temperatuur läheneb lülitustemperatuurile (Ts) väheneb juhtivus 1 sekundi jooksul seitsme kuni kaheksa suurusjärgu võrra polümeeri mahu suurenemise tulemusena, mis eraldab juhtivad osakesed ja lõhub juhtivusradasid (Joonis fig 5B).Kile muutub silmapilkselt isoleerivaks ja lõpetab seega aku töötamise (Joonis 5C).See protsess on väga pöörduv ja võib toimida isegi pärast mitut ülekuumenemist ilma jõudlust kahjustamata.
Joonis 5 2. etapi probleemide lahendamise strateegiad.
(A) TRPS-i voolukollektori termolülitusmehhanismi skemaatiline illustratsioon.Turvaakul on üks või kaks õhukese TRPS-kihiga kaetud voolukollektorit.See töötab normaalselt toatemperatuuril.Kõrge temperatuuri või suure voolu korral polümeermaatriks aga paisub, eraldades seeläbi juhtivad osakesed, mis võib vähendada selle juhtivust, suurendada oluliselt selle takistust ja lülitada aku välja.Seega saab aku konstruktsiooni kahjustamata kaitsta.Jahtumisel polümeer kahaneb ja taastab esialgsed juhtivad rajad.(B) Erinevate TRPS-kilede takistuse muutused temperatuuri funktsioonina, sealhulgas PE / GrNi erineva GrNi koormusega ja PP / GrNi 30% (maht/maht) GrNi koormusega.(C) Ohutu LiCoO2 aku tsüklite võimsuse kokkuvõte vahemikus 25 °C kuni väljalülitamiseni.Nullilähedane võimsus 70°C juures näitab täielikku väljalülitamist.(A), (B) ja (C) reprodutseeritakse Springer Nature'i loal.(D) LIB-de mikrosfääripõhise sulgemiskontseptsiooni skemaatiline esitus.Elektroodid on funktsionaliseeritud termotundlike mikrosfääridega, mis üle kriitilise aku sisetemperatuuri läbivad termilise ülemineku (sulavad).Sulakapslid katavad elektroodi pinna, moodustades iooniliselt isoleeriva barjääri ja lülitades välja akuelemendi.(E) Lahusevalu meetodil valmistati õhuke ja iseseisev anorgaaniline komposiitmembraan, mis koosnes 94% alumiiniumoksiidi osakestest ja 6% stüreen-butadieenkummist (SBR) sideainest.Paremal: fotod, mis näitavad anorgaanilise komposiitseparaatori ja PE-separaatori termilist stabiilsust.Separaatoreid hoiti temperatuuril 130 °C 40 minutit.PE kahanes punktiirruuduga piirkonnast märkimisväärselt.Siiski ei näidanud komposiitseparaator ilmset kokkutõmbumist.Reprodutseeritud Elsevieri loal.(F) Mõnede kõrge sulamistemperatuuriga polümeeride molekulaarstruktuur separaatorimaterjalina, millel on madal kõrge temperatuuri kokkutõmbumine.Pealmine osa: polüimiid (PI).Keskosa: tselluloos.Alumine: polü(butüleen)tereftalaat.(G) Vasakul: PI DSC spektrite võrdlus PE ja PP eraldajaga;PI-separaatoril on suurepärane termiline stabiilsus temperatuurivahemikus 30° kuni 275°C.Paremal: digikaamera fotod, mis võrdlevad kaubandusliku separaatori ja sünteesitud PI-separaatori märguvust propüleenkarbonaat-elektrolüüdiga.Reprodutseeritud American Chemical Society loal.
Termilise seiskamise separaatorid.Teine strateegia patareide termilise äravoolu vältimiseks 2. etapis on liitiumioonide juhtivuse sulgemine läbi separaatori.Separaatorid on LIB-de ohutuse peamised komponendid, kuna need takistavad otsest elektrilist kontakti suure energiaga katoodi ja anoodi materjalide vahel, võimaldades samal ajal ioonide transporti.PP ja PE on kõige sagedamini kasutatavad materjalid, kuid neil on halb termiline stabiilsus, sulamistemperatuurid vastavalt ~165° ja ~135°C.Kaubandusliku LIB jaoks on juba turule toodud PP/PE/PP kolmekihilise struktuuriga separaatorid, kus PE on kaitsev keskmine kiht.Kui aku sisetemperatuur tõuseb üle kriitilise temperatuuri (~130°C), siis poorne PE kiht osaliselt sulab, sulgedes kile poorid ja takistades ioonide migratsiooni vedelas elektrolüüdis, samas kui PP kiht pakub mehaanilist tuge sisemise vältimiseks. lühis .Teise võimalusena saab LIB termiliselt indutseeritud väljalülitamise saavutada ka termotundlike PE või parafiinvaha mikrosfääride kasutamisega aku anoodide või eraldajate kaitsekihina.Kui aku sisetemperatuur saavutab kriitilise väärtuse, sulavad mikrosfäärid ja katavad anoodi/separaatori mitteläbilaskva barjääriga, peatades liitiumioonide transpordi ja lülitades elemendi jäädavalt välja (Joonis fig 5D).
Suure termilise stabiilsusega separaatorid.Patareide eraldajate termilise stabiilsuse parandamiseks on viimastel aastatel välja töötatud kaks lähenemisviisi:
(1) Keraamika täiustatud separaatorid, mis on valmistatud keraamiliste kihtide (nt SiO2 ja Al2O3) otsese katmise või pinnale kasvatamise teel olemasolevatele polüolefiinseparaatori pindadele või keraamiliste pulbrite sisestamisega polümeersetesse materjalidesse (Joonis 5E), millel on väga kõrge sulamistemperatuur ja kõrge mehaaniline tugevus ning neil on ka suhteliselt kõrge soojusjuhtivus.Mõned selle strateegia abil valmistatud komposiitseparaatorid, näiteks Separion (kaubanimi), on turule viidud.
(2) Separaatorimaterjalide vahetamine polüolefiinist kõrge sulamistemperatuuriga polümeeride vastu, millel on kuumutamisel vähe kokkutõmbumine, nagu polüimiid, tselluloos, polü(butüleen)tereftalaat ja muud analoogsed polü(estrid) on veel üks tõhus strateegia termilise stabiilsuse parandamiseks. eraldajatest (Joonis 5F).Näiteks polüimiid on termoreaktiivne polümeer, mida peetakse laialdaselt paljulubavaks alternatiiviks selle suurepärase termilise stabiilsuse (stabiilne üle 400 °C), hea keemilise vastupidavuse, suure tõmbetugevuse, hea elektrolüüdi märguvuse ja leegiaeglustuse tõttu.Joonis 5G) .
Jahutusfunktsiooniga akupaketid.Aku jõudluse parandamiseks ja temperatuuri tõusu aeglustamiseks on kasutatud seadme mastaabis soojusjuhtimissüsteeme, mida võimaldab õhuringlus või vedelikjahutus.Lisaks on akupakettidesse integreeritud faasimuutusmaterjalid, nagu parafiin, et toimida jahutusradiaatorina, mis reguleerib nende temperatuuri, vältides seega temperatuuri kuritarvitamist.
Probleemide lahendamiseks etapis 3 (põlemine ja plahvatus)
Soojus, hapnik ja kütus, mida tuntakse "tulekolmnurgana", on enamiku tulekahjude jaoks vajalikud koostisosad.1. ja 2. etapis tekkiva soojuse ja hapniku kogunemisel hakkab kütus (st väga tuleohtlikud elektrolüüdid) automaatselt põlema.Elektrolüütide lahustite süttivuse vähendamine on aku ohutuse ja LIB-de edasise suuremahulise kasutamise jaoks ülioluline.
Leegiaeglustavad lisandid.Vedelate elektrolüütide süttivust vähendavate leegiaeglustavate lisandite väljatöötamisele on tehtud tohutuid jõupingutusi.Enamik vedelates elektrolüütides kasutatavatest leegiaeglustavatest lisanditest põhinevad orgaanilistel fosforiühenditel või orgaanilistel halogeenitud ühenditel.Kuna halogeenid on keskkonnale ja inimeste tervisele ohtlikud, on orgaanilised fosforiühendid leegiaeglustavate lisanditena paljutõotavamad kandidaadid nende suure leegiaeglustuse ja keskkonnasõbralikkuse tõttu.Tüüpiliste orgaaniliste fosforiühendite hulka kuuluvad trimetüülfosfaat, trifenüülfosfaat, bis(2-metoksüetoksü)metüülallüülfosfonaat, tris(2,2,2-trifluoroetüül)fosfit, (etoksü)pentafluorotsüklotrifosfaseen, fosfaetüleenetüül jne.Joonis fig 6A).Üldiselt arvatakse, et nende fosforit sisaldavate ühendite leegi aeglustava toime mehhanism on keemiline radikaalide eemaldamise protsess.Põlemisel võivad fosforit sisaldavad molekulid laguneda fosforit sisaldavateks vabade radikaalide liikideks, mis võivad seejärel lõpetada ahelreaktsiooni levimisel tekkivad radikaalid (näiteks H- ja OH-radikaalid), mis vastutavad pideva põlemise eest (Joonis 6, B ja C).Kahjuks toimub süttivuse vähenemine nende fosforit sisaldavate leegiaeglustite lisamisega elektrokeemilise jõudluse arvelt.Selle kompromissi parandamiseks on teised teadlased teinud mõningaid muudatusi oma molekulaarstruktuuris: (i) alküülfosfaatide osaline fluorimine võib parandada nende redutseerivat stabiilsust ja leegiaeglustusvõimet;ii) ühendite kasutamine, millel on nii kaitsekilet moodustavad kui ka leeki aeglustavad omadused, nagu bis(2-metoksüetoksü)metüülallüülfosfonaat, kus allüülrühmad võivad polümeriseerida ja moodustada grafiitpindadel stabiilse SEI-kile, vältides seega tõhusalt ohtlikku külge reaktsioonid;(iii) P(V)-fosfaadi muutmine P(III)-fosfitideks, mis hõlbustavad SEI teket ja on võimelised desaktiveerima ohtliku PF5 [näiteks tris(2,2,2-trifluoroetüül)fosfit];ja (iv) fosfororgaaniliste lisandite asendamine tsükliliste fosfaseenidega, eriti fluoritud tsüklofosfaseeniga, millel on parem elektrokeemiline ühilduvus.
Joonis 6 3. etapi probleemide lahendamise strateegiad.
(A) Leegiaeglustavate lisandite tüüpilised molekulaarstruktuurid.(B) Nende fosforit sisaldavate ühendite leegi aeglustava toime mehhanism arvatakse üldiselt olevat keemiline radikaalide eemaldamise protsess, mis võib lõpetada gaasifaasis põlemisreaktsiooni eest vastutavad radikaalsed ahelreaktsioonid.TPP, trifenüülfosfaat.(C) Tüüpilise karbonaatelektrolüüdi isekustumisaega (SET) saab trifenüülfosfaadi lisamisega oluliselt vähendada.(D) LIB-de termiliselt käivitatavate leegiaeglustavate omadustega nutika elektriketrasseparaatori skeem.Eraldi seisev separaator koosneb mikrokiududest, millel on südamik-kesta struktuur, kus leegiaeglusti on südamik ja polümeer on kest.Termilise vallandamise korral polümeeri kest sulab ja seejärel eraldub kapseldatud leegiaeglusti elektrolüüti, pärssides seega tõhusalt elektrolüütide süttimist ja põlemist.(E) TPP@PVDF-HFP mikrokiudude SEM-pilt pärast söövitamist näitab selgelt nende südamiku-kesta struktuuri.Skaalariba, 5 μm.(F) Toatemperatuuril oleva ioonse vedeliku tüüpilised molekulaarstruktuurid, mida kasutatakse LIB-de mittesüttivate elektrolüütidena.(G) PFPE, mittesüttiva perfluoritud PEO analoogi molekulaarstruktuur.Polümeerahelate otstes on modifitseeritud kahte metüülkarbonaadi rühma, et tagada molekulide ühilduvus praeguste akusüsteemidega.
Tuleb märkida, et loetletud lisandite puhul on alati olemas kompromiss elektrolüüdi vähenenud süttivuse ja rakkude jõudluse vahel, kuigi seda kompromissi on ülaltoodud molekulaarsete kujunduste abil parandatud.Teine väljapakutud strateegia selle probleemi lahendamiseks hõlmab leegiaeglusti lisamist kaitsvasse polümeerkiust koosnevasse kesta, mis on täiendavalt virnastatud mittekootud separaatori moodustamiseks (Joonis fig 6D) .LIB-de jaoks valmistati uudne elektriliselt kedratud mittekootud mikrokiudseparaator, millel on termiliselt käivitatud leegiaeglustavad omadused.Leegiaeglusti kapseldamine kaitsva polümeerkesta sees takistab leegiaeglusti otsest kokkupuudet elektrolüüdiga, vältides aeglustajate negatiivset mõju aku elektrokeemilisele jõudlusele (Joonis fig 6E).Kui aga LIB-aku termiline põgenemine toimub, sulab polü(vinülideenfluoriid-heksafluoropropüleen) kopolümeeri (PVDF-HFP) kest temperatuuri tõustes.Seejärel eraldub kapseldatud trifenüülfosfaadi leegiaeglusti elektrolüüti, pärssides seega tõhusalt väga tuleohtlike elektrolüütide põlemist.
Selle dilemma lahendamiseks töötati välja ka "soola kontsentreeritud elektrolüüdi" kontseptsioon.Need laetavate akude orgaanilised tulekustutuselektrolüüdid sisaldavad soolana LiN(SO2F)2 ja ainsa lahustina populaarset trimetüülfosfaadi (TMP) leegiaeglustit.Tugeva soolast pärineva anorgaanilise SEI spontaanne moodustumine anoodil on stabiilse elektrokeemilise jõudluse jaoks ülioluline.Seda uudset strateegiat saab laiendada mitmesugustele teistele leegiaeglustitele ja see võib avada uue võimaluse ohutumate LIB-de jaoks uute leegiaeglustavate lahustite väljatöötamiseks.
Mittesüttivad vedelad elektrolüüdid.Lõplik lahendus elektrolüütide ohutusprobleemidele oleks olemuselt mittesüttivate elektrolüütide väljatöötamine.Üks mittesüttivate elektrolüütide rühm, mida on põhjalikult uuritud, on ioonsed vedelikud, eriti toatemperatuuril ioonsed vedelikud, mis on mittelenduvad (aururõhk ei ole tuvastatav alla 200 °C) ja mittesüttivad ning millel on lai temperatuuriaken (Joonis 6F) .Siiski on vaja pidevaid uuringuid, et lahendada madala kiirusega seotud probleemid, mis tulenevad nende kõrgest viskoossusest, madalast Li ülekandearvust, katood- või redutseerivast ebastabiilsusest ja ioonsete vedelike kõrgest hinnast.
Madala molekulmassiga hüdrofluoroeetrid on veel üks mittesüttivate vedelate elektrolüütide klass nende kõrge leekpunkti, mittesüttivuse, madala pindpinevuse, madala viskoossuse, madala külmumistemperatuuri jne tõttu.Nende keemiliste omaduste kohandamiseks aku elektrolüütide kriteeriumidele tuleks teha õige molekulaarne disain.Huvitav näide, millest hiljuti teatati, on perfluoropolüeeter (PFPE), perfluoritud polüetüleenoksiidi (PEO) analoog, mis on hästi tuntud oma mittesüttivuse poolest.Joonis 6G) .PFPE ahelate (PFPE-DMC) otsrühmades on modifitseeritud kahte metüülkarbonaadi rühma, et tagada molekulide ühilduvus praeguste akusüsteemidega.Seega võib PFPE-de mittesüttivus ja termiline stabiilsus märkimisväärselt parandada LIB-de ohutust, suurendades samal ajal elektrolüütide ülekandearvu ainulaadse molekulaarstruktuuri disaini tõttu.
3. etapp on viimane, kuid eriti oluline etapp termilise äravooluprotsessi jaoks.Tuleb märkida, et kuigi nüüdisaegse vedela elektrolüüdi süttivuse vähendamiseks on tehtud suuri jõupingutusi, on mittelenduvate tahkiselektrolüütide kasutamine paljutõotav.Tahked elektrolüüdid jagunevad peamiselt kahte kategooriasse: anorgaanilised keraamilised elektrolüüdid [sulfiidid, oksiidid, nitriidid, fosfaadid jne] ja tahked polümeerelektrolüüdid [Li soolade segud polümeeridega, nagu polü(etüleenoksiid), polüakrüülnitriil jne].Tahkete elektrolüütide parandamise jõupingutusi siin üksikasjalikult ei kirjeldata, kuna see teema on juba mitmes hiljutises ülevaates hästi kokku võetud.
VÄLJAVAADE
Varem on aku ohutuse parandamiseks välja töötatud palju uudseid materjale, kuigi probleem pole veel täielikult lahendatud.Lisaks on ohutusprobleemide aluseks olevad mehhanismid iga aku keemia puhul erinevad.Seega tuleks kavandada konkreetsed materjalid, mis on kohandatud erinevate akude jaoks.Usume, et tõhusamad meetodid ja hästi läbimõeldud materjalid on veel avastamata.Siin loetleme mitu võimalikku suunda tulevaste akuohutuse uuringute jaoks.
Esiteks on oluline välja töötada in situ või in operando meetodid LIB-de sisemiste terviseseisundite tuvastamiseks ja jälgimiseks.Näiteks on termiline põgenemisprotsess tihedalt seotud sisetemperatuuri või rõhu tõusuga LIB-des.Temperatuurijaotus akude sees on aga üsna keeruline ning elektrolüütide ja elektroodide ning separaatorite väärtuste täpseks jälgimiseks on vaja meetodeid.Seega on nende parameetrite mõõtmine erinevate komponentide puhul kriitilise tähtsusega aku ohutusega seotud ohtude diagnoosimiseks ja seega ennetamiseks.
Separaatorite termiline stabiilsus on aku ohutuse seisukohalt ülioluline.Uued kõrge sulamistemperatuuriga polümeerid suurendavad tõhusalt separaatori termilist terviklikkust.Kuid nende mehaanilised omadused on endiselt halvemad, vähendades oluliselt nende töödeldavust aku kokkupanemise ajal.Lisaks on hind ka oluline tegur, mida tuleks praktiliste rakenduste puhul arvesse võtta.
Tahkete elektrolüütide väljatöötamine näib olevat LIB-de ohutusprobleemide ülim lahendus.Tahke elektrolüüt vähendab oluliselt aku sisemise lühise võimalust ning tulekahjude ja plahvatuste ohtu.Kuigi tahkete elektrolüütide edendamiseks on tehtud suuri jõupingutusi, on nende jõudlus vedelate elektrolüütide omast jätkuvalt palju maha jäänud.Anorgaaniliste ja polümeersete elektrolüütide komposiitidel on suur potentsiaal, kuid need nõuavad delikaatset disaini ja ettevalmistamist.Rõhutame, et anorgaaniliste polümeeride liideste õige projekteerimine ja nende joondamise kavandamine on tõhusa liitiumioontranspordi jaoks üliolulised.
Tuleb märkida, et vedel elektrolüüt ei ole ainus aku komponent, mis on põlev.Näiteks kui LIB-d on kõrgelt laetud, on suureks ohutusprobleemiks ka põlevad liitiumanoodi materjalid (nt liitiumgrafiit).Leegiaeglustid, mis suudavad tõhusalt aeglustada tahkismaterjalide tulekahju, on nende ohutuse suurendamiseks väga nõudlikud.Leegiaeglustid võib segada grafiidiga polümeersete sideainete või juhtivate raamide kujul.
Aku ohutus on üsna keeruline ja keerukas probleem.Aku ohutuse tulevik nõuab põhjalikumaks mõistmiseks rohkem jõupingutusi põhjalikumate mehhanismide uuringutes, lisaks täiustatud iseloomustusmeetoditele, mis võivad pakkuda täiendavat teavet materjalide kujundamise suunamiseks.Kuigi käesolev ülevaade keskendub materjalitaseme ohutusele, tuleb märkida, et LIB-de ohutusprobleemi lahendamiseks on veelgi vaja terviklikku lähenemist, kus materjalidel, elemendikomponentidel ja vormingul ning akumoodulil ja pakenditel on võrdne roll, et muuta akud enne töökindlaks. need lastakse turule.
VIITED JA MÄRKUSED
Kai Liu, Yayuan Liu, DingchangLin, Allen Pei, Yi Cui, liitiumioonakude ohutuse tagavad materjalid, ScienceAdvances, DOI:10.1126/sciadv.aas9820
Postitusaeg: juuni-05-2021
