Esnek metal havalı pillerin araştırma ilerlemesi ve gelecekteki beklentileri
Her zaman, her yerde, güç bilgisi ihtiyaçlarınızı karşılayacak bir APP ile güçlü başlıklara ulaşın
Ayrıntılar http: //dltoutiao.mybjx.net/dlmedia.html
Esnek ve giyilebilir elektronik cihazların gelişmesiyle birlikte, esnek enerji depolama cihazları, bilimsel araştırma ve endüstri çevrelerinden geniş ilgi gördü. Son yıllarda, esnek lityum iyon piller ve süper kapasitörler konusunda bir dizi çalışma gerçekleştirilmiş ve önemli ilerlemeler kaydedilmiştir. Ancak elektronik cihazların pil ömrünü uzatmak için enerji depolama sistemlerinin daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olması gerekmektedir. Döngüsel olarak şarj edilebilen ve boşaltılabilen metal hava pilleri, mevcut lityum iyon pillerin teorik enerji yoğunluğundan çok daha yüksek oldukları için gelecekte en umut verici enerji depolama cihazları olarak kabul edilmektedir. Esnek metal havalı pillerin geliştirilmesi, şüphesiz esnek ve giyilebilir elektronik cihazların dayanıklılığını büyük ölçüde artıracaktır, ancak daha fazla sorunun çözülmesi gerekiyor. Bir yandan, bataryanın enerji yoğunluğu, enerji verimliliği ve çevrim ömrünün iyileştirilmesi gerekir; diğer yandan, elektrot yapısı, elektrolit malzemesi ve batarya yapısının deformasyon koşulları altında kararlı elektrokimyasal performansı sürdürmek için optimize edilmesi gerekir.
14 Eylül 2017'de EnergyEnviron.Sci, Profesör Ni Meng'in Hong Kong Politeknik Üniversitesi araştırma grubu, Dr.Tan Peng (ilk yazar) ve Georgia Teknoloji Enstitüsü, Nanjing Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Liu Meilin ve Curtin Üniversitesi, Avustralya'dan Profesör Shao Zongping tarafından bir çevrimiçi yayın yayınladı. "EsnekZn-ve Li-AirPiller: Son Gelişmeler, Zorluklar ve Geleceğe Yönelik Perspektifler" yazılı inceleme belgesi. Bu makale, son yıllarda çinko-hava pilleri ve lityum-hava pillerine dayalı esnek metal-hava pillerinin yapısal tasarımını, elektrot ve elektrolit malzeme geliştirmesini ve çalışma koşulları yönetimini tanıtmakta ve gelecekteki araştırma yönlerini tartışmaktadır.
Genel bakış haritası
I. Genel Bakış
Lityum iyon pillerle karşılaştırıldığında, metal hava pilleri son derece yüksek teorik kapasiteye ve enerji yoğunluğuna sahiptir ve Şekil 1'de gösterildiği gibi kapsamlı araştırma ilgisini çekmiştir. Bunların arasında, sulu ve susuz sistemlerin tipik temsilcileri olarak alkalin bazlı şarj edilebilir çinko-hava piller ve organik bazlı lityum hava piller, daha yeni araştırma noktalarıdır. Pilin çalışma prensibi Şekil 2'de gösterilmiştir. Pili esnek hale getirirken, daha fazla zorlukla yüzleşmek için yeni bir esnek yapı tasarlamak, esnek elektrot malzemeleri ve katı elektrolit membranlar hazırlamak gerekir.
Şekil 1 Farklı metal-hava pillerinin kapasite, enerji yoğunluğu ve voltajının karşılaştırılması
Şekil 2 Alkalin sistem çinko hava pil ve susuz sistem lityum hava pilinin çalışma prensibinin şematik diyagramı
2. Esnek pil yapısı ve testi
Şu anda esnek çinko-hava ve lityum-hava bataryalarında yaygın olarak kullanılan batarya yapısı, esnek bir pozitif elektrot, bir elektrolit membran ve bir negatif elektrottan oluşan sandviç bir yapıdır. Diğeri ise, yüzey üzerine bir elektrolit tabakasını ve bir hava elektrot tabakasını sırayla sararak boru şekilli bir yapı oluşturmak için tel şeklindeki metal elektrotları kullanmaktır. Ek olarak, katlanabilir bir pil yapısı ve bambu kaymalarından ilham alan esnek, ultra hafif bir lityum-hava pil gibi bazı yeni yapılar da var.
Geleneksel akülerde şarj ve deşarj ve çevrim ömrü testlerinin yanı sıra esnek akülerin dış kuvvetler altında kararlılığı çok önemlidir. Esas olarak, farklı bükülme ve bükülme açıları ve farklı germe uzunlukları altında elektrokimyasal stabiliteyi ve uzun süreli yorgunluk altında performansın korunmasını içerir.
Üç, metal elektrot
Esnek hava pillerinde, metal levhalar genellikle doğrudan elektrot olarak kullanılır. Bununla birlikte, metal sac uzun süreli bükme sırasında yorulma arızası yaşayabilir. Esnek çinko-hava pilinde metal tozu, bağlayıcı ve iletken karbon tozu, elektrotun esnekliğini ve kararlılığını artıran bir kompozit elektrot oluşturmak için birleştirilir. Esnek lityum hava pillerde, metal elektrotların yorulma direncini artırmak için metalik lityum ve paslanmaz çelik ağ birlikte yuvarlanır. Ek olarak, esnek pilin belirli bir gerilebilirlik derecesine ulaşmak için, metal elektrot bir yay şeklinde yapılabilir veya çok sayıda küçük metal parçası tam bir elektrot halinde birleştirilebilir ve gerilme ihtiyacı "sıfıra boyutlandırma" ile karşılanabilir.
Dört, elektrolit membran
Esnek çinko-hava pillerinde, anyon değişim membranı ve alkalin jel elektrolit, pilin elektrolit membranı olarak esas olarak kullanılır. Esnek lityum hava pillerinde, elektrolit membranlar esas olarak jel, katı ve kompozit polimer elektrolit membranları içerir. Esnek pillerde iyi elektrokimyasal performans elde etmek için, iyi iletkenliğe, kimyasal ve elektrokimyasal stabiliteye ve diğer geleneksel sıvı elektrolit özelliklerine sahip elektrolit membranlar gerektirmenin yanı sıra, metal ve hava elektrotları ile arayüz sorunu çözülmesi gereken bir sorundur.
Elektrolit membran-metal elektrot arayüzü için, dendrit ve yüzey pasivasyonu problemlerinin üstesinden gelmek gerekir. Elektrolit membran-hava elektrot arayüzü için katı elektrolit, etkili reaksiyon arayüzünü büyük ölçüde azaltır. Lityum-hava piller için ürün, reaksiyon alanının zayıflamasını daha da kötüleştiren katı lityum peroksittir. Bu nedenle, reaksiyon arayüzünü artırmak için etkili yöntemlere ihtiyaç vardır.
Ek olarak, pilin bükülmesi veya bükülmesi sürecinde, elektrot ve elektrolit membranın farklı mekanik özellikleri nedeniyle elektrot ve elektrolit membran ayrılabilir. Arayüzün kararlılığının nasıl korunacağı, pilin uzun süreli kararlı çalışmasını sağlamanın anahtarıdır.
Beş, hava elektrodu
Metal hava pillerinin önemli bir bileşeni olan hava elektrotları her zaman bir araştırma etkin noktası olmuştur. Bir yandan bataryanın hızlı şarj ve deşarj olmasını sağlamak için etkili bir katalizöre ihtiyaç duyulurken, diğer yandan oksijen geçişini sağlamak için uygun bir yapıya ihtiyaç vardır. Esnek pillerde, elektrotların deformasyon ihtiyaçlarını karşılamak için daha iyi esnekliğe sahip olması gerekir. Şu anda, ana esnek elektrotlar şunları içerir: 1. Karbon bez veya karbon fiber ağdan yapılmış elektrotlar; 2. Karbon nanotüp kağıdı ve grafit kağıt elektrotlar gibi karbon nanomateryallerinden (karbon nanotüpler ve grafen gibi) yapılmış elektrotlar; 3. , Paslanmaz çelik hasır, nikel örgü elektrotlar gibi metal substrat 4. Diğer yeni esnek elektrotlar.
6. Operasyon Yönetimi
Genel olarak, çinko-hava piller doğrudan havada çalışırken, lityum-hava piller oksijenle çalışır. Çalışma koşulları, pilin performansını ciddi şekilde etkileyecektir. Her şeyden önce, havadaki nem elektrolit membranın stabilitesini etkilerken, havadaki karbondioksit daha büyük bir etkiye sahiptir: çinko-hava pillerinde elektrolitin iletkenliğini etkileyen karbonatlar oluşur; lityum-hava pillerde katı ikincil oluşur. Ürün lityum karbonat, pilin şarj performansını etkiler. İkinci olarak, pil performansı genellikle oda sıcaklığında test edilir, ancak gerçek kullanımdaki sıcaklıkta büyük bir değişiklik vardır. Örneğin giyilebilir cihazlarda, pilin çalışma sıcaklığı insan vücudu ile temas nedeniyle 30 dereceye veya daha yükseğe çıkabilir. Farklı mevsim ve bölgelerde, sıcaklık değişiklikleri daha büyük olacaktır. Bu nedenle, gelecekteki akü testlerinin farklı gaz atmosferleri ve sıcaklıkları altındaki stabiliteyi daha ayrıntılı olarak incelemesi ve uygun yönetim önlemlerini alması gerekir.
Yedi, özet ve görünüm
Son yıllarda, esnek metal hava pillerinde bir dizi ilerleme kaydedilmiş ve pillerin enerji yoğunluğu, verimliliği ve çevrim ömrü büyük ölçüde teşvik edilmiştir. Gelecekteki araştırmalar aşağıdaki sorunları daha da çözmelidir: 1. Kararlı elektrokimyasal performansı korumak için çeşitli deformasyon koşullarını karşılayacak yeni pil yapısı tasarımı; 2. Tek tip kaliteye dayalı gibi pil performans değerlendirme göstergelerini standartlaştırmak için değerlendirme standartlarının oluşturulması Veya hacim, tanınmış esneklik testi standartlarını şart koşar (bükme ve bükülme açısı, gerilme uzunluğu, yorulma testi vb.); 3. Metal ve hava elektrotları, elektrolit membranlar, akım toplayıcılar ve paketleme malzemeleri dahil olmak üzere esnek bileşenlerin geliştirilmesi; 4. Çalışma koşullarının yönetimi, farklı koşullar altında kararlı elektrokimyasal performansın sağlanabilmesini sağlar.
Sonuç olarak, gelecekteki araştırmalar, piller için makul bir tasarım sağlamak amacıyla, malzeme taşıma, yapısal değişiklikler ve elektrokimyasal reaksiyonlar arasındaki ilişkiyi net bir şekilde açıklığa kavuşturmak için deneysel çevrimiçi izleme ve sayısal simülasyon ve diğer teknik araçların bir kombinasyonunu kullanmalıdır. Önemli rehberlik.
(Makale kaynağı: materyal sığır)
