ژمی راروان دی، د لیتیم آئن بیټرۍ د ټیټ تودوخې تحلیل رجحان وګورئ

د لیتیم آئن بیټرۍ فعالیت د دوی متحرک ځانګړتیاو لخوا خورا اغیزمن کیږي. ځکه چې Li+ باید لومړی تخریب شي کله چې دا په ګرافیت موادو کې ځای په ځای شي، دا اړتیا لري چې یو ټاکلی مقدار انرژي مصرف کړي او په ګرافیټ کې د لی + د خپریدو مخه ونیسي. برعکس، کله چې Li+ د ګرافیت موادو څخه په محلول کې خوشې شي، د حل کولو پروسه به لومړی واقع شي، او د حل کولو پروسه د انرژي مصرف ته اړتیا نلري. Li+ کولی شي په چټکۍ سره ګرافیت لرې کړي، کوم چې د ګرافیت موادو د پام وړ ضعیف چارج منلو لامل کیږي. په خارج کې د منلو وړ.

په ټیټه تودوخه کې، د منفي ګرافیت الکترود متحرک ځانګړتیاوې ښه شوي او خراب شوي. له همدې امله ، د منفي الیکټروډ الیکټرو کیمیکل قطبي کول د چارج کولو پروسې په جریان کې د پام وړ شدت لري ، کوم چې کولی شي په اسانۍ سره د منفي الیکټروډ په سطحه د فلزي لیتیم باران لامل شي. د آلمان د مونیخ د تخنیکي پوهنتون د کریسټین وان لوډرز لخوا څیړنې ښودلې چې په -2°C کې، د چارج کچه د C/2 څخه ډیریږي، او د فلزي لیتیم باران مقدار د پام وړ لوړیږي. د مثال په توګه، د C/2 په نرخ کې، د مخالف الکترود سطحه د لیتیم پلیټینګ اندازه د ټول چارج په اړه ده. د ظرفیت 5.5٪ مګر د 9C میګنیفیکیشن لاندې به 1٪ ته ورسیږي. اوریدونکي فلزي لیتیم ممکن نور هم وده وکړي او په پای کې د لیتیم ډینډرایټ شي، د ډایفرام له لارې سوري کوي او د مثبت او منفي الکترودونو د لنډ سرک سبب ګرځي. له همدې امله، دا اړینه ده چې د لیتیم آیون بیټرۍ په ټیټ حرارت کې د امکان تر حده د چارج کولو څخه ډډه وکړئ. کله چې دا باید په ټیټ حرارت کې بیټرۍ چارج کړي، نو دا اړینه ده چې د لیتیم آئن بیټرۍ د امکان تر حده د چارج کولو لپاره یو کوچنی جریان وټاکئ او د چارج کولو وروسته د لیتیم آئن بیټرۍ په بشپړه توګه ذخیره کړئ ترڅو ډاډ ترلاسه شي چې فلزي لیتیم د منفي الکترود څخه تیریږي. کولی شي د ګرافیت سره عکس العمل وکړي او په منفي ګرافائٹ الکترود کې بیا ځای په ځای شي.

ویرونیکا زینت او د مونیخ تخنیکي پوهنتون نورو د -20 درجې سانتي ګراد په ټیټه تودوخه کې د لیتیم آیون بیټرۍ د لیتیم ارتقا چلند مطالعې لپاره د نیوټرون توپیر او نور میتودونه کارولي. د نیوټرون توپیر په وروستیو کلونو کې د کشف یوه نوې طریقه ده. د XRD په پرتله، د نیوټرون توپیر د رڼا عناصرو (لی، او، این، او نور) سره ډیر حساس دی، نو دا د لیتیم آئن بیټرۍ غیر ویجاړونکي ازموینې لپاره خورا مناسب دی.

په تجربه کې، ویرونیکا زینت د NMC111 / ګرافائٹ 18650 بیټرۍ کارولې ترڅو په ټیټ تودوخې کې د لیتیم آیون بیټرۍ د لیتیم ارتقا چلند مطالعه کړي. بیټرۍ په لاندې شکل کې ښودل شوي پروسې سره سم د ازموینې په جریان کې چارج او خارجیږي.

لاندې ارقام د C/30 نرخ چارج کولو کې د دوهم چارج کولو دورې په جریان کې د مختلف SoCs لاندې د منفي الیکټروډ مرحله بدلون ښیې. داسې ښکاري چې په 30.9٪ SoC کې، د منفي الکترود مرحلې په عمده توګه LiC12، Li1-XC18، او د LiC6 ترکیب لږ مقدار دی؛ وروسته له دې چې SoC د 46٪ څخه ډیر شي، د LiC12 د توپیر شدت کمیدو ته دوام ورکوي، پداسې حال کې چې د LiC6 ځواک زیاتوالي ته دوام ورکوي. په هرصورت، حتی د وروستي چارج بشپړیدو وروسته، ځکه چې یوازې 1503mAh په ټیټ حرارت کې چارج کیږي (ظرفیت یې د خونې په حرارت کې 1950mAh دی)، LiC12 په منفي الکترود کې شتون لري. فرض کړئ چې د چارج جریان C/100 ته راټیټ شوی. په دې حالت کې، بیټرۍ لاهم په ټیټه تودوخه کې د 1950mAh ظرفیت ترلاسه کولی شي، دا په ګوته کوي چې په ټیټ تودوخې کې د لیتیم آیون بیټرۍ د ځواک کمښت په عمده توګه د کاینټیک شرایطو د خرابیدو له امله دی.

لاندې انځور د -5 درجې C په ټیټ حرارت کې د C/20 نرخ سره سم د چارج کولو پرمهال په منفي الیکټروډ کې د ګرافیت مرحله ښیي. دا لیدل کیدی شي چې د ګرافیت مرحله بدلون د C/30 نرخ چارج کولو په پرتله د پام وړ توپیر لري. دا د ارقامو څخه لیدل کیدی شي چې کله SoC>40٪، د C/12 چارج نرخ لاندې د LiC5 د بیټرۍ مرحله ځواک د پام وړ ورو کمیږي، او د LiC6 پړاو ځواک زیاتوالی هم د C/30 په پرتله خورا کمزوری دی. د چارج نرخ دا ښیي چې د C/5 په نسبتا لوړ نرخ کې، لږ LiC12 د لیتیم انټرکلیټ ته دوام ورکوي او په LiC6 بدلیږي.

لاندې انځور په ترتیب سره د C/30 او C/5 نرخونو کې د چارج کولو په وخت کې د منفي ګرافیټ الیکټروډ مرحله بدلونونه پرتله کوي. ارقام ښیې چې د دوه مختلف چارج کولو نرخونو لپاره ، د لیتیم ضعیف مرحله Li1-XC18 خورا ورته دی. توپیر په عمده توګه د LiC12 او LiC6 په دوو مرحلو کې منعکس کیږي. دا د ارقامو څخه لیدل کیدی شي چې په منفي الیکټروډ کې د مرحلې بدلون رجحان د دوه چارج نرخونو لاندې د چارج کولو په لومړني مرحله کې نسبتا نږدې دی. د LiC12 مرحلې لپاره، کله چې د چارج کولو ظرفیت 950mAh (49٪ SoC) ته ورسیږي، د بدلون رجحان مختلف ښکاري. کله چې دا 1100mAh (56.4٪ SoC) راځي، د LiC12 مرحله د دوه میګنیفیکیشنونو لاندې د پام وړ تشې ښودلو لپاره پیل کوي. کله چې د C/30 په ټیټ نرخ کې چارج کیږي، د LiC12 مرحلې کمښت خورا ګړندی دی، مګر د C/12 په نرخ کې د LiC5 پړاو کمښت خورا ورو دی؛ یعني په منفي الکترود کې د لیتیم داخلولو حرکي شرایط په ټیټه تودوخه کې خرابیږي. د دې لپاره چې LiC12 نور د لیتیم مینځ ته راوړي ترڅو د LiC6 مرحله سرعت کم کړي. په ورته ډول، د LiC6 مرحله د C/30 په ټیټه کچه خورا چټکه وده کوي مګر د C/5 په نرخ کې خورا ورو دی. دا په ډاګه کوي چې د C/5 په نرخ کې، ډیر petite Li د ګرافیت په کرسټال جوړښت کې ځای پرځای شوي، مګر هغه څه چې په زړه پورې دي دا دي چې د C/1520.5 چارج نرخ کې د بیټرۍ چارج ظرفیت (5mAh) د C څخه لوړ دی. /30 چارج نرخ. ځواک (1503.5mAh) لوړ دی. اضافي لی چې په منفي ګرافیت الکترود کې ځای پرځای شوی نه وي احتمال لري د فلزي لیتیم په شکل کې د ګرافیت په سطحه تیریږي. د چارج کولو پای ته رسیدو وروسته ولاړ پروسه هم دا له اړخ څخه ثابتوي - یو څه.

لاندې شکل د منفي ګرافیت الیکټرود مرحله جوړښت ښیې چې د چارج کولو وروسته او د 20 ساعتونو لپاره پاتې کیدو وروسته. د چارج کولو په پای کې، د منفي ګرافیت الیکټروډ مرحله د دوه چارج کولو نرخونو لاندې خورا توپیر لري. په C/5 کې، په ګرافیت انود کې د LiC12 تناسب لوړ دی، او د LiC6 سلنه ټیټه ده، مګر د 20 ساعتونو لپاره د ولاړ کیدو وروسته، د دواړو ترمنځ توپیر لږ تر لږه شوی.

لاندې انځور د 20h ذخیره کولو پروسې په جریان کې د منفي ګرافیت الیکټروډ مرحله بدلون ښیې. دا د ارقامو څخه لیدل کیدی شي چې که څه هم په پیل کې د دوو مخالف الکترودونو مرحلې لاهم خورا توپیر لري، لکه څنګه چې د ذخیره کولو وخت ډیریږي، د چارج کولو دوه ډوله د میګنیفیکیشن لاندې د ګرافیت انود مرحله خورا نږدې بدله شوې. LiC12 کولی شي د شیلف کولو پروسې په جریان کې LiC6 ته بدلیدو ته دوام ورکړي ، دا په ګوته کوي چې لی به د شیلف پروسې په جریان کې په ګرافیټ کې ځای پرځای کیدو ته دوام ورکړي. د لی دا برخه احتمال لري چې فلزي لیتیم وي چې په ټیټ حرارت کې د منفي ګرافیت الکترود سطحه تیریږي. نور تحلیل وښودله چې د C/30 په نرخ کې د چارج کولو په پای کې، د منفي ګرافیت الکترود لیتیم انټرکلیشن درجه 68٪ وه. بیا هم، د لیتیم انټرکلیشن درجې د پناه کولو وروسته 71٪ ته لوړه شوې، 3٪ زیاتوالی. د C/5 په نرخ کې د چارج کولو په پای کې، د منفي ګرافائٹ الکترود لیتیم داخلولو درجه 58٪ وه، مګر د 20 ساعتونو لپاره پاتې کیدو وروسته، دا 70٪ ته لوړه شوه، په ټولیز ډول 12٪ زیاتوالی.

پورتنۍ څیړنې ښیې چې کله چې په ټیټ تودوخې کې چارج شي ، د بیټرۍ ظرفیت به د کاینټیک شرایطو خرابیدو له امله کم شي. دا به د لیتیم فلز د منفي الیکټروډ په سطحه د ګرافیت لیتیم داخلولو نرخ کمیدو له امله هم تیر کړي. په هرصورت، د ذخیره کولو مودې وروسته، د فلزي لیتیم دا برخه بیا په ګرافیت کې ځای پرځای کیدی شي؛ په ریښتیني کارونې کې ، د شیلف وخت اکثرا لنډ وي ، او هیڅ تضمین شتون نلري چې ټول فلزي لیتیم بیا په ګرافیټ کې ځای په ځای شي ، نو دا ممکن د ځینې فلزي لیتیم لامل شي چې په منفي الکترود کې شتون ته دوام ورکړي. د لیتیم آئن بیټرۍ سطح به د لیتیم آئن بیټرۍ ظرفیت باندې اغیزه وکړي او ممکن لیتیم ډینډریټس تولید کړي چې د لیتیم آئن بیټرۍ خوندیتوب له خطر سره مخ کوي. له همدې امله، هڅه وکړئ چې په ټیټ حرارت کې د لیتیم آئن بیټرۍ چارج کولو څخه ډډه وکړئ. ټیټ جریان، او د ترتیب کولو وروسته، په منفي ګرافیت الکترود کې د فلزي لیتیم له منځه وړلو لپاره کافي شیلف وخت ډاډمن کړئ.

دا مقاله په عمده توګه لاندې اسنادو ته اشاره کوي. راپور یوازې د اړوندو ساینسي کارونو د معرفي کولو او بیاکتنې لپاره کارول کیږي، د ټولګي درس، او ساینسي څیړنې. د تجارتي استعمال لپاره نه. که تاسو د کاپي حق کومه ستونزه لرئ، مهرباني وکړئ موږ سره اړیکه ونیسئ.

1. د لیتیم آیون کیپسیټرونو کې د منفي الیکټروډونو په توګه د ګرافیت موادو د نرخ وړتیا، الیکټروچیمیکا ایکټا 55 (2010) 3330 - 3335 , SRSivakkumar, JY Nerkar, AG Pandolfo

2. د لیتیم آیون بیټرۍ کې د لیتیم پلیټینګ د ولتاژ آرامۍ او د نیوټرون د تفاوت په حالت کې څیړل شوي، د بریښنا سرچینې ژورنال 342(2017)17-23، کریسټین وان لوډرز، ویرونیکا زینت، سایمون وی ایرارډ، پیټریک جې اوسوالډ، مایکل هوفمن , رالف ګیلس, اندریاس جوسن

3. د لیتیم آیون بیټرۍ په فرعي محیطي تودوخې کې د لیتیم پلیټ کول د سایټ نیوټرون انعطاف لخوا څیړل شوي، د بریښنا سرچینې ژورنال 271 (2014) 152-159، ویرونیکا زینت، کریسټین وان لوډرز، مایکل هوفمن، جوهانس هاټینډورف، ایرمګارډورف، ایرمګارډورف، ایرهارډ، جوانا ریبیلو کورنمایر، اندریاس جوسن، رالف ګیلس