د هانګ کانګ CityU EES: د انعطاف وړ لیتیم آئن بیټرۍ د انسان د بندونو څخه الهام اخیستې

د څیړنې پس منظر

د بریښنایی محصولاتو ډیریدونکي غوښتنې په وروستیو کلونو کې د انعطاف وړ او لوړ انرژي کثافت ذخیره کولو وسیلو ګړندي پرمختګ ته وده ورکړې. د انعطاف وړ لیتیم آئن بیټرۍ (LIBs) د لوړ انرژي کثافت او مستحکم بریښنایی کیمیکل فعالیت سره د اغوستلو وړ بریښنایی محصولاتو لپاره ترټولو ژمن بیټرۍ ټیکنالوژي ګڼل کیږي. که څه هم د پتلي فلم الیکټروډونو او پولیمر میشته الیکټروډونو کارول په ډراماتیک ډول د LIBs انعطاف ته وده ورکوي ، لاندې ستونزې شتون لري:

(1) ډیری انعطاف وړ بیټرۍ د "منفي الیکټروډ - جلا کونکي - مثبت الیکټروډ" پواسطه سټیک شوي ، او د دوی محدود نیمګړتیا او د څو پرتونو سټیکونو ترمینځ سلیپج د LIBs عمومي فعالیت محدودوي؛

(2) د ځینو سختو شرایطو لاندې، لکه فولډ کول، غځول، باد، او پیچلي خرابوالی، دا نشي کولی د بیټرۍ فعالیت تضمین کړي؛

(3) د ډیزاین ستراتیژۍ برخه د اوسني فلزي راټولونکي تخریب له پامه غورځوي.

له همدې امله، په ورته وخت کې د هغې لږ موډل زاویه ترلاسه کول، د ډیری اختر موډلونه، غوره میخانیکي پایښت، او د انرژۍ لوړ کثافت اوس هم د ډیری ننګونو سره مخ دي.

پېژندنه

په دې وروستیو کې، د هانګ کانګ د ښار پوهنتون پروفیسور چونی ژی او ډاکټر کیوپینګ هان یوه مقاله خپره کړه چې عنوان یې دی "د انسان ګډ الهام شوی ساختماني ډیزاین د مینځلو وړ / فولډ وړ / پراخه کیدو وړ / مساوي وړ بیټرۍ لپاره: د انرژي چاپیریال کې د ډیری نیمګړتیا لاسته راوړل". ساینس دا کار د انسان د بندونو له جوړښت څخه الهام اخیستی او د ګډ سیسټم په څیر یو ډول انعطاف وړ LIBs ډیزاین کړی. د دې نوي ډیزاین پراساس، چمتو شوی، انعطاف وړ بیټرۍ کولی شي د انرژي لوړ کثافت ترلاسه کړي او په 180 ° کې ټیټ یا حتی پوښلی شي. په عین حال کې، ساختماني جوړښت د مختلف بادي میتودونو له لارې بدلیدلی شي ترڅو انعطاف وړ LIBs د خرابیدو بډایه وړتیا ولري، په ډیرو سختو او پیچلو اخترونو کې پلي کیدی شي (باد او تودوخه)، او حتی اوږد کیدی شي، او د دوی د خرابیدو وړتیاوې دي. د انعطاف وړ LIBs پخوانیو راپورونو څخه ډیر لرې. د محدود عنصر سمولیشن تحلیل تایید کړه چې پدې مقاله کې ډیزاین شوې بیټرۍ به د مختلف سختو او پیچلو اخترونو لاندې د اوسني فلزي راټولونکي نه بدلیدونکي پلاستيکي تخریب څخه تیریږي. په ورته وخت کې، راټول شوي مربع واحد بیټرۍ کولی شي تر 371.9 Wh/L پورې د انرژي کثافت ترلاسه کړي، کوم چې د دودیز نرم پیک بیټرۍ 92.9٪ دی. سربیره پردې ، دا کولی شي د 200,000 څخه ډیر ځله متحرک موڑنے او 25,000 ځله متحرک تحریف وروسته حتی د باثباته سایکل فعالیت وساتي.

نورې څیړنې ښیي چې راټول شوي سلنډریک واحد حجره کولی شي د ډیرو سختو او پیچلو اخترونو سره مقاومت وکړي. د 100,000 څخه ډیر متحرک سټرچنګونو، 20,000 موړونو، او 100,000 بډنګ ډیفارمیشنونو وروسته، دا لاهم کولی شي د 88٪ څخه ډیر لوړ ظرفیت ترلاسه کړي - د ساتلو کچه. له همدې امله ، پدې مقاله کې وړاندیز شوي انعطاف وړ LIBs د اغوستلو وړ برقیاتو کې د عملي غوښتنلیکونو لپاره لوی احتمال چمتو کوي.

د څیړنې لوړتیا

1) انعطاف وړ LIBs چې د انسان د بندونو څخه الهام اخیستل کیږي، کولی شي د باثباته سایکل فعالیت د خړوبولو، ټیرولو، پراخولو، او بادي اخترونو لاندې وساتي؛

(2) د مربع انعطاف وړ بیټرۍ سره ، دا کولی شي تر 371.9 Wh/L پورې د انرژي کثافت ترلاسه کړي ، کوم چې د دودیز نرم پیک بیټرۍ 92.9٪ دی؛

(3) د باد کولو مختلف میتودونه کولی شي د بیټرۍ سټیک شکل بدل کړي او بیټرۍ ته کافي نیمګړتیا ورکړي.

ګرافیک لارښود

څیړنې ښودلې چې د لوړ حجم انرژي کثافت او ډیر پیچلي تخریب تضمین کولو سربیره ، ساختماني ډیزاین باید د اوسني راټولونکي پلاستيکي تخریب څخه هم مخنیوی وکړي. د محدود عنصر سمولیشن ښیي چې د اوسني راټولونکي غوره میتود باید دا وي چې د اوسني راټولونکي مخه ونیسي چې د موڑنے پروسې په جریان کې د کوچني موڑنے وړ وړانګو درلودو سره د پلاستيکي خرابوالي او اوسني راټولونکي نه بدلیدونکي زیان مخه ونیسي.

شکل 1a د انسان د بندونو جوړښت ښیي، په کوم کې چې په هوښیارۍ سره لوی منحنی سطح ډیزاین د مفصلونو سره مرسته کوي چې په اسانۍ سره حرکت وکړي. د دې پر بنسټ، شکل 1b یو عام ګرافیت انود/ډیافراګم/لیتیم کوبالټ (LCO) انوډ ښیي، کوم چې د مربع موټی سټیک جوړښت کې ټپ کیدی شي. په جنکشن کې، دا دوه موټی سخت سټیکونه او انعطاف وړ برخه لري. تر ټولو مهم دا چې موټی سټک د ګډ هډوکي پوښ سره مساوي منحل سطح لري، کوم چې د بفر فشار سره مرسته کوي او د انعطاف وړ بیټرۍ لومړني ظرفیت چمتو کوي. لوچک برخه د لیګامینټ په توګه کار کوي، د ګنډو سټیټونو سره نښلوي او انعطاف چمتو کوي (شکل 1c). په یوه مربع ډنډ کې د باد کولو سربیره، د سلنډر یا مثلث حجرو سره بیټرۍ هم د باد د طریقې په بدلولو سره تولید کیدی شي (شکل 1d). د انعطاف وړ LIBs لپاره چې د مربع انرژي ذخیره کولو واحدونو سره ، یو له بل سره وصل شوي برخې به د ضخامت پروسې (انځور 1e) په جریان کې د موټ سټیک د آرک شکل لرونکي سطح سره وګرځي ، په دې توګه د انعطاف وړ بیټرۍ انرژي کثافت د پام وړ وده کوي. برسېره پردې، د لچک لرونکي پولیمر انکاپسولیشن له لارې، د سلنډر واحدونو سره انعطاف وړ LIBs کولی شي د اوږدیدو وړ او انعطاف وړ ملکیتونه ترلاسه کړي (شکل 1f).

شکل 1 (a) د انعطاف ترلاسه کولو لپاره د ځانګړي لیګامینټ پیوستون او منحني سطح ډیزاین اړین دی. (b) د انعطاف وړ بیټرۍ جوړښت او د تولید پروسې سکیمیک ډیاګرام؛ (c) هډوکي د ضخامت الیکټروډ سټیک سره مطابقت لري، او لیګامینټ د غیر رول شوي سره مطابقت لري (D) د سلنډر او مثلث حجرو سره د انعطاف وړ بیټرۍ جوړښت؛ (e) د مربع حجرو د سکیمیک ډیاګرام ذخیره کول؛ (f) د سلنډر حجرو د خرابوالي غځول.

د میخانیکي سمولیشن تحلیل نور کارول د انعطاف وړ بیټرۍ جوړښت ثبات تایید کړ. شکل 2a د مسو او المونیم ورق فشار توزیع ښیي کله چې سلنډر (180 ° ریډین) ته ځړیږي. پایلې ښیې چې د مسو او المونیم ورق فشار د دوی د حاصلاتو ځواک په پرتله خورا ټیټ دی ، دا په ګوته کوي چې دا تخریب به د پلاستيکي تخریب لامل نشي. اوسنی فلزي راټولونکی کولی شي د نه بدلیدونکي زیان مخه ونیسي.

شکل 2b د فشار توزیع ښیي کله چې د کنډک کچه نوره هم لوړه شي، او د مسو ورق او المونیم ورق فشار هم د دوی د ورته حاصلاتو ځواک څخه کم دی. له همدې امله ، جوړښت کولی شي د ښه پایښت ساتلو پرمهال د فولډ اختراع سره مقاومت وکړي. سربيره پردی د ضعف د ماتولو، سيستم کولای شي د تحریف یوه ټاکلې درجې ترلاسه کړي (شکل 2c).

د سلنډر واحدونو سره د بیټرۍ لپاره، د حلقې د اصلي ځانګړتیاوو له امله، دا کولی شي ډیر سخت او پیچلي اختر ترلاسه کړي. له همدې امله، کله چې بیټرۍ 180o (شکل 2d، e) ته غزول کیږي، د اصلي اوږدوالی شاوخوا 140٪ (شکل 2f) ته غځول کیږي، او 90o (شکل 2g) ته اړول کیږي، دا کولی شي میخانیکي ثبات وساتي. برسېره پردې، کله چې موړ کول + موړ کول او د باد اختراع په جلا توګه پلي کیږي، د LIBs ډیزاین شوی جوړښت به د مختلفو سختو او پیچلو اخترونو الندې د اوسني فلزي راټولونکي د نه بدلیدونکي پلاستيکي اختراع لامل شي.

شکل 2 (ac) د یوې مربع حجرې د محدود عنصر سمولیشن پایلې د خړوبولو، فولډ کولو، او ټیر کولو لاندې؛ (di) د سلنډر حجرې د محدود عنصر سمولیشن پایلې د خړوبولو، فولډ کولو، غځولو، تودوخې، خړوبولو + موړ کولو او باد لاندې.

د ډیزاین شوي انعطاف وړ بیټرۍ الیکټرو کیمیکل فعالیت ارزولو لپاره ، LiCoO2 د کیتوډ موادو په توګه کارول شوی ترڅو د خارج کیدو ظرفیت او دورې ثبات ازموینې لپاره. لکه څنګه چې په 3a شکل کې ښودل شوي، د مربع حجرو سره د بیټرۍ د خارجولو ظرفیت د پام وړ کم شوی نه دی وروسته له دې چې الوتکه په 1 C میګنیفیکیشن کې د کنډک کولو، حلقې، فولډ کولو او ټوټه کولو لپاره خرابه شي، پدې معنی چې میخانیکي خرابوالی به د ډیزاین سبب نشي. د انعطاف وړ بیټرۍ چې په بریښنایی کیمیاوي توګه د فعالیت کمښت وي. حتی د متحرک موڑنے (شکل 3c، d) او متحرک تورشن (شکل 3e، f) وروسته، او د یو ټاکلي شمیر دورې وروسته، د چارج کولو او خارجولو پلیټ فارم او د اوږدې دورې فعالیت هیڅ ښکاره بدلون نلري، پدې معنی چې د داخلي جوړښت. بیټرۍ ښه ساتل کیږي.

شکل 3 (a) د 1C لاندې د مربع واحد بیټرۍ چارج او خارجولو ازموینه؛ (ب) د مختلفو شرایطو لاندې د چارج او خارج کیدو وکر؛ (c، d) د متحرک کنډک لاندې، د بیټرۍ دورې فعالیت او اړونده چارج او د خارج کولو منحل؛ (e، f) د متحرک تورشن لاندې، د بیټرۍ د سایکل فعالیت او اړونده چارج - خارج شوي منحنی د مختلف دورو لاندې.

د سمولو تحلیل پایلې ښیې چې د حلقې د اصلي ځانګړتیاو څخه مننه، د سلنډر عناصرو سره انعطاف وړ LIBs کولی شي د ډیرو سختو او پیچلو اخترونو سره مقاومت وکړي. له همدې امله ، د سلنډر واحد د انعطاف وړ LIBs الیکټرو کیمیکل فعالیت ښودلو لپاره ، ازموینه د 1 C په نرخ کې ترسره شوې ، کوم چې وښودله چې کله بیټرۍ د مختلف تخریبونو څخه تیریږي ، د بریښنایی کیمیکل فعالیت کې نږدې هیڅ بدلون شتون نلري. خرابوالی به د ولتاژ وکر د بدلون لامل نه شي (شکل 4a، b).

د سلنډر بیټرۍ الیکټرو کیمیکل ثبات او میخانیکي پایښت د لا ارزونې لپاره، دا بیټرۍ د 1 C په نرخ کې د متحرک اتوماتیک بار ازموینې سره مخ شوه. څیړنې ښیي چې د متحرک پراخولو وروسته (شکل 4c، d)، متحرک تورشن (شکل 4e) ، او متحرک موڑنے + torsion (شکل 4g، h)، د بیټرۍ چارج - خارج کولو دورې فعالیت او د اړونده ولتاژ وکر اغیزه نلري. شکل 4i د رنګارنګ انرژي ذخیره کولو واحد سره د بیټرۍ فعالیت ښیې. د خارجیدو ظرفیت له 133.3 mAm g-1 څخه تر 129.9 mAh g-1 پورې کمیږي، او په هر دور کې د ظرفیت ضایع یوازې 0.04٪ دی، دا په ګوته کوي چې خرابوالی به د دې دورې ثبات او د خارج کیدو ظرفیت اغیزه ونکړي.

شکل 4 (a) په 1 C کې د سلنډر حجرو مختلف ترتیبونو د چارج او خارج کیدو دورې ازموینه؛ (b) د مختلفو شرایطو لاندې د بیټرۍ ورته چارج او خارج شوي منحني؛ (c,d) د بایسکل فعالیت او د بیټرۍ چارج د متحرک فشار د خارج کیدو منحنی لاندې؛ (e، f) د متحرک تورشن لاندې د بیټرۍ دورې فعالیت او د مختلف دورې لاندې د ورته چارج - خارج کیدو وکر؛ (g, h) د بیټرۍ د سایکل فعالیت د ډینامیک بینډنګ + torsion لاندې او د مختلف دورې الندې د ورته چارج - خارج کیدو وکر؛ (I) د پریزماتیک یونټ بیټرۍ چارج او ډیسچارج ازموینه په مختلف ترتیبونو سره په 1 C کې.

په عمل کې د پرمختللي انعطاف وړ بیټرۍ غوښتنلیک ارزولو لپاره ، لیکوال د بریښنا ذخیره کولو مختلف ډولونو سره بشپړ بیټرۍ کاروي ترڅو ځینې سوداګریز بریښنایی محصولات بریښنا کړي ، لکه اییرفونونه ، سمارټ واچونه ، کوچني بریښنایی فینونه ، کاسمیټیک وسایل او سمارټ فونونه. دواړه د ورځني کارونې لپاره کافي دي ، په بشپړ ډول د مختلف انعطاف وړ او د اغوستلو وړ بریښنایی محصولاتو غوښتنلیک ظرفیت جذبوي.

شکل 5 ډیزاین شوی بیټرۍ په اییرفونونو، سمارټ واچونو، کوچني بریښنایی فینونو، کاسمیټیک تجهیزاتو، او سمارټ فونونو کې پلي کوي. انعطاف وړ بیټرۍ د (a) اییرفونونو، (b) سمارټ واچونو، او (c) کوچني بریښنایی فینونو لپاره بریښنا چمتو کوي؛ (d) د کاسمیټیک تجهیزاتو لپاره بریښنا چمتو کوي؛ (e) د مختلف اختراع شرایطو لاندې ، انعطاف وړ بیټرۍ د سمارټ فونونو لپاره بریښنا چمتو کوي.

لنډیز او لید

په لنډیز کې، دا مقاله د انسان د مفصلونو جوړښت څخه الهام اخیستل کیږي. دا د انعطاف وړ بیټرۍ تولید لپاره د لوړ انرژي کثافت ، ډیری خرابوالي ، او پایښت سره د ځانګړي ډیزاین میتود وړاندیز کوي. د دودیز انعطاف وړ LIBs سره پرتله کول ، دا نوې ډیزاین کولی شي په مؤثره توګه د اوسني فلزي راټولونکي پلاستيکي تخریب مخه ونیسي. په ورته وخت کې، په دې کاغذ کې ډیزاین شوي د انرژي ذخیره کولو واحد په دواړو سرونو کې ساتل شوي منحني سطحې کولی شي په مؤثره توګه د یو بل سره تړلي اجزاو سیمه ایز فشار کم کړي. سربیره پردې ، د باد کولو بیلابیل میتودونه کولی شي د سټیک شکل بدل کړي ، بیټرۍ ته کافي خرابوالي ورکوي. د انعطاف وړ بیټرۍ د نوي ډیزاین څخه مننه د غوره دورې ثبات او میخانیکي پایښت ښیې او په مختلف انعطاف وړ او د اغوستلو وړ بریښنایی محصولاتو کې د غوښتنلیک پراخه امکانات لري.

د ادبیاتو لینک

د انسان ګډ الهام شوی ساختماني ډیزاین د مینځلو وړ / فولډ کیبل / پراخه کیدو وړ / مرحلې وړ بیټرۍ لپاره: د ډیری نیمګړتیا ترلاسه کول. ((د انرژي چاپیریال. ساینس, 2021, DOI: 10.1039/D1EE00480H)