مقدمة بطارية الحالة الصلبة
في البطارية ، تتحرك الأيونات الموجبة بين الأقطاب السالبة والموجبة عبر موصل أيوني وتوصيل الإلكترونات لتوليد تيار كهربائي. في البطاريات التقليدية مثل بطاريات الليثيوم أيون ، يكون الموصل الأيوني مركبًا عضويًا سائلًا شديد الاشتعال وهو عيب كبير. تم تبني العديد من عمليات البحث والتطوير التي تم تبنيها لتخليق مجموعة متنوعة من المركبات للعثور على موصلات صلبة عالية الأداء لتحل محل الموصلات السائلة. اكتشف الباحثون موصلًا أيونيًا صلبًا يفوق أداء موصل أيون الليثيوم التقليدي. على سبيل المثال: المنحل بالكهرباء الصلبة كبريتيد LGPS (LGPS: الليثيوم والجرمانيوم والفوسفور والكبريت)
ما هي بطارية الحالة الصلبة؟ إنه النهج التكنولوجي الذي يتمتع بإمكانية أعلى لمزيد من السلامة وكثافة طاقة أعلى وفعالية من حيث التكلفة. بطاريات الحالة الصلبة هي مستقبل تكنولوجيا البطاريات في الإلكترونيات الاستهلاكية والمركبات الكهربائية. يشكل الكاثود والأنود والفاصل والإلكتروليت بطارية ليثيوم أيون. يُستخدم محلول الإلكتروليت السائل في بطاريات الحالة السائلة (بطاريات الليثيوم أيون) ، والتي يتم استخدامها في الهواتف الذكية وأدوات الطاقة والمركبات الكهربائية. من ناحية أخرى ، تستخدم بطارية الحالة الصلبة إلكتروليتًا صلبًا بدلاً من إلكتروليت سائل كما هو مستخدم في البطاريات التقليدية.
المحلول الكهربائي في البطارية عبارة عن خليط كيميائي موصل يسمح للتيار بالمرور بين القطب الموجب والكاثود. الفواصل تجنب ماس كهربائى. بطاريات الحالة الصلبة هي خلايا كهروكيميائية بها أنود وكاثود وإلكتروليت ، مثلها مثل أي بطارية أخرى. الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت صلبة ، على عكس بطاريات الرصاص الحمضية.
تحتوي بطارية Li-ion المتاحة تجارياً على فاصل يحمل الكاثود والأنود مفصولاً بمحلول إلكتروليت سائل. من ناحية أخرى ، تستخدم بطاريات الحالة الصلبة إلكتروليتات صلبة بدلاً من محلول إلكتروليت سائل ، ويعمل الإلكتروليت الصلب أيضًا كفاصل. هذه البطاريات ضرورية ومطلوبة بشدة لزيادة قدرة بطارية EV ذات الحالة الصلبة. فهي قابلة للاشتعال ، وفرص انفجارها ضئيلة للغاية. مثال على بطارية الحالة الصلبة هو زجاج فوسفات الليثيوم. كثافة الطاقة عالية في هذه البطاريات.
سعة الطاقة لبطارية الحالة الصلبة أكبر من طاقة بطارية Li-ion التي تحتوي على محلول إلكتروليت سائل. نظرًا لعدم وجود فرصة حدوث انفجار أو حريق ، فلا داعي لمكونات الأمان ، مما يوفر المساحة. يمكن للبطاريات أن تحزم ضعف الطاقة مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون مما يؤدي إلى زيادة طاقتها. نظرًا لأن هناك حاجة إلى عدد قليل من البطاريات ، يمكن لبطارية الحالة الصلبة زيادة كثافة الطاقة لكل وحدة مساحة.
تكنولوجيا بطاريات الحالة الصلبة
تركز SSB بشكل أساسي على الخصائص التالية:
كثافة طاقة أعلى:
- تكلفة أقل: استخدام مواد أرخص وعمليات فعالة من حيث التكلفة وبسبب كثافة الطاقة العالية.
- أمان أعلى: تحمل الشحن الزائد ، والتسامح مع الشحن العميق
- اعتماد أقل على المواد النادرة: اعتماد جيولوجي أقل ، واستبدال مواد مثل الليثيوم ، والكوبالت.
- تأثير أقل على البيئة: لا توجد مواد سامة ، ولا معادن ثقيلة ، ولا مواد كيميائية خطرة ، وإنتاج صديق للبيئة ، ومواد يسهل التخلص منها أو إعادة تدويرها.
- ميزات أخرى: القدرة على التفريغ العميق ، الشحن السريع ، أو القدرة على التفريغ.
يعتبر إلكتروليت الحالة الصلبة هو المكون الأساسي في بطاريات الحالة الصلبة. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من مواد إلكتروليت الحالة الصلبة.
مواد غير عضوية: مواد بلورية غير عضوية ، مواد غير عضوية غير متبلورة. نظرًا لأن الإلكتروليتات غير العضوية تتمتع بمعايير مرنة عالية ، واستقرار حراري / كيميائي قوي ، ونافذة كهروكيميائية كبيرة ، وموصلية أيونية عالية ، وموصلية إلكترونية منخفضة ، فإن هذه الإلكتروليتات مناسبة بشكل أفضل لتصميمات البطاريات الصلبة التي يمكن أن تعمل في البيئات القاسية.
البوليمرات الصلبة: على سبيل المثال: أكسيد البولي إيثيلين. على الرغم من أن إلكتروليتات البوليمر تمتلك موصلية أيونية أقل من تلك الخاصة بالإلكتروليتات الصلبة غير العضوية ، إلا أنها يمكن أن توفر مجموعة متنوعة من الأشكال الهندسية والمرونة العالية وتتطلب معالجة إنتاج مبسطة ومنخفضة التكلفة. عند دمج خلايا البطارية ، يمكن للإلكتروليت البوليمر الصلب بسهولة إنشاء رابط فعال للإلكترود والإلكتروليت ، مما قد يزيد من الاستقرار الكهروكيميائي وعمر دورة البطاريات. يستخدم السائل المنحل بالكهرباء في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية ، وعادة ما يكون على اتصال جيد بالأقطاب الكهربائية.
تمتص الأقطاب السائل مثل الإسفنج بفضل أسطحها المنسوجة ، مما ينتج عنه مساحة تلامس كبيرة. من الناحية النظرية ، لا يمكن ربط اثنين من المواد الصلبة بسلاسة. نتيجة لذلك ، تكون المقاومة بين الأقطاب الكهربائية والإلكتروليت عالية. يعمل المنحل بالكهرباء الصلب كوسيط ناقل ثابت لأقطاب الفوسفات ، والتي تتم طباعتها على كلا الجانبين بالشاشة. بطارية الحالة الصلبة الجديدة ، على عكس بطاريات الليثيوم أيون التقليدية ، خالية تمامًا من المواد السامة أو الخطرة.
يتم الجمع بين المواد غير العضوية والبوليمر لجلب ميزة كلا النوعين من المواد. تُظهر هذه الإلكتروليتات موصلية أيونية عالية ومرنة نسبيًا.
تؤثر الخصائص الميكانيكية والكهربائية والكيميائية للإلكتروليت الصلب ، بالإضافة إلى واجهاتها / أطوارها البينية مع أقطاب القطب الموجب والكاثود ، بشكل كبير على كفاءة بطارية الحالة الصلبة.
المشكلات الأساسية في بطاريات الحالة الصلبة ، مع التركيز على ثلاث ظواهر أساسية:
(1) مبادئ إنتاج الموصلات الأيونية المتقدمة ،
(2) التقدم الهيكلي في واجهات إلكتروليت غير مستقرة كيميائياً ، و
(3) الآثار المترتبة على معالجة بطاريات الحالة الصلبة ، بما في ذلك هندسة الإلكترود والإلكتروليت. لا تستطيع إلكتروليتات الحالة الصلبة (SSE) حل مشكلات السلامة فحسب ، بل تسمح أيضًا باستخدام الأنود المعدني وتشغيل الجهد العالي.
تعد بطارية الحالة الصلبة (SSB) واحدة من أفضل الحلول للجيل التالي من البطاريات نظرًا لأن الإلكتروليتات الصلبة تتمتع باستقرار حراري أعلى بكثير. علاوة على ذلك ، قد تعمل الإلكتروليتات الصلبة غير العضوية في درجات حرارة قصوى ، مثل تلك التي تتراوح من 50 إلى 200 درجة مئوية أو أعلى ، حيث تفشل الإلكتروليتات العضوية بسبب التجميد أو الغليان أو التحلل.
لتحقيق الناتج الكهروكيميائي المتوقع عند استخدام إلكتروليتات الحالة الصلبة بالكامل ، يتم أخذ أربع ميزات فريدة في الاعتبار. هذه الخصائص تشمل:
(ط) الموصلية الأيونية العالية (+ Li> 104 ق / سم) ؛
(2) قوة ميكانيكية كافية وعدد قليل من العيوب الهيكلية لمنع اختراق تغصنات الليثيوم ؛
(3) مواد خام منخفضة التكلفة وعمليات تحضير سهلة ؛ و
(4) طاقة التنشيط المنخفضة لنشر أيونات الليثيوم.
مزايا بطارية الحالة الصلبة
- بنية بسيطة: تعمل الإلكتروليتات الصلبة كفاصل يمنع ملامسة الأنود والكاثود مما يؤدي إلى زيادة كثافة الطاقة وتجنب تكلفة الفاصل.
- الجهد العالي: تحلل الإلكتروليتات الصلبة مرتفع مما يؤدي بدوره إلى كثافة طاقة عالية.
- إلكتروليت صلب غير قابل للاشتعال.
- المنحل بالكهرباء هو مثبط للهب.
- لا يوجد خطر من تسرب السائل المنحل بالكهرباء.
- يمكن استخدامه في درجات حرارة تشغيل أعلى مما يؤدي إلى نطاق درجة حرارة تشغيل أكبر.
- إمكانية تكديس الخلايا في حزمة واحدة.
- هيكل الخلية البسيط وتكاليف التصنيع البسيطة تجعل بطارية الحالة الصلبة فعالة من حيث التكلفة.
- بطارية الحالة الصلبة تشحن 6 مرات أسرع من بطاريات الحالة السائلة.
- يمكن أن يستمر العمر الافتراضي لبطارية الحالة الصلبة حتى 10 سنوات.
عيوب بطارية الحالة الصلبة
- التشعبات هي أخطر مشكلة مع بطاريات الحالة الصلبة ، بصرف النظر عن التكلفة. Dendrite هو تبلور معدن الليثيوم يبدأ عند الأنود ويمكن أن ينتشر عبر البطارية. يحدث هذا عندما تنضم الأيونات في الإلكتروليت الصلب إلى الإلكترونات لتكوين صفيحة من معدن الليثيوم الصلب بسبب الشحن والتفريغ العالي الحالي.
- لا تستخدم هذه البطاريات على نطاق واسع في الإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات الكهربائية لأنها باهظة الثمن. تُظهر بطاريات الحالة الصلبة حركية أبطأ بسبب:
- الموصلية الأيونية منخفضة
- مقاومة عالية بينية
- اتصال بيني ضعيف
كيف تعمل بطارية الحالة الصلبة؟
كما ذكرنا سابقًا ، تستخدم بطاريات الحالة الصلبة غشاء إلكتروليت صلب مع مواد قطب موجبة وسالبة صلبة. أثناء الشحن أو التفريغ ، تهاجر الأيونات إلى مادة صلبة موصلة للأيونات بدلاً من ملح أيوني مذاب في محلول ، مما يتسبب في حدوث تفاعلات الشحن أو التفريغ. تستخدم تفاعلات الأكسدة والاختزال لتخزين وتوزيع الطاقة في بطاريات الحالة الصلبة. يخضع الأنود للأكسدة ، بينما يخضع الكاثود للاختزال ، ويمكن للبطارية استخدام هذه الظاهرة لتخزين (شحن) وإطلاق (تفريغ) الطاقة حسب الحاجة.
أثناء تفريغ الطاقة ، تتسبب الأيونات في تفاعل كيميائي بين مواد البطارية يسمى “الأكسدة والاختزال” ، حيث تحدث الأكسدة عند الأنود لتكوين مركبات ذات إلكترونات حرة توفر الطاقة الكهربائية ، ويحدث الاختزال عند القطب السالب لتكوين مركبات تكتسب إلكترونات و لذلك الحفاظ على السلطة. يتم عكس الآلية عند شحن البطارية. تمر الأيونات المشحونة إيجابياً عبر الإلكتروليت من القطب السالب (الأنود) إلى القطب الموجب (الكاثود) عند تفريغ بطاريات الحالة الصلبة (الكاثود). يؤدي هذا إلى تطوير شحنة موجبة في القطب السالب وامتصاص الإلكترونات من القطب الموجب.
ومع ذلك ، نظرًا لأن الإلكترونات لا يمكنها المرور عبر الإلكتروليت ، يجب أن تنتقل عبر دائرة ، مما يوفر الطاقة لكل ما يتم توصيله به ، مثل المحرك الكهربائي. في عملية الشحن ، تهاجر الأيونات إلى القطب الموجب ، وتتراكم شحنة تمتص الإلكترونات من الكاثود عبر دائرة. من المفترض أن تكون البطارية مشحونة بالكامل عندما لا تتدفق أيونات أخرى إلى القطب السالب. تتطلب بطاريات الحالة الصلبة إضافات ومواد رابطة مختلفة داخل طبقاتها للاحتفاظ بالموصلية العالية أثناء ركوب الدراجات. يجب أيضًا وضع المواد تحت الضغط للحفاظ على الاتصال أثناء فترات الشحن والتفريغ. يزيد التمدد والانكماش الطبيعي للمواد أثناء دورات الشحن والتفريغ من صعوبات الحفاظ على اللمسة القوية.
قد تتضرر دورة حياة الخلية وإخراجها إذا أدى التمدد والانكماش إلى إضعاف الرابطة بمرور الوقت. تعمل بطاريات الحالة الصلبة أيضًا على تبسيط مستوى العبوة ، حيث يتم توصيل الخلايا الفردية ، مقارنة ببطاريات Li-ion. لا تحتاج بطاريات الحالة الصلبة إلى الكثير في طريق التحكم الحراري لأن كفاءتها تتحسن مع ارتفاع درجة الحرارة.
تزداد معدلات الشحن والتفريغ الإجمالية ، وكذلك الموصلية الأيونية للشوارد الصلبة مع ارتفاع درجة الحرارة. نتيجة لذلك ، فإن درجة حرارة التشغيل النهائية لخلية الحالة الصلبة مقيدة فقط بنقطة انصهار الليثيوم ، والتي تبلغ 180 درجة مئوية. علاوة على ذلك ، فإن عدم وجود سائل إلكتروليت Li-ion قابل للاشتعال يلغي مخاوف التصميم بشأن الخلية الكارثية أو فشل العبوة. يجب استخدام بطاريات الحالة الصلبة القائمة على معدن الليثيوم كبدائل لبطاريات Li-ion لأن أنود الجرافيت المستخدم في بطاريات Li-ion النموذجية له إمكانات منخفضة مقارنة بالليثيوم (0.20 V) ، مما يوفر كثافة طاقة حجمية أكبر مع جهد وأداء مكافئ .
هل بطاريات الحالة الصلبة متوفرة؟
تستخدم أجهزة تنظيم ضربات القلب و RFID والأجهزة المحمولة بطاريات صلبة. يتم استخدام بعض هذه البطاريات في تطبيقات الفضاء. نهج التسويق لبطاريات الحالة الصلبة في سوق السيارات EV / HEV. إن إحضار بطاريات الحالة الصلبة لا يتعلق فقط بتطوير إلكتروليت ذي حالة صلبة مناسب ، ولكن أيضًا النظر في ميزات مثل:
- تأمين توريد المواد والمبيعات.
- تطوير معدات تصنيع الخلايا والتعبئة والتغليف.
على الرغم من سنوات التطوير ، لم ينجح العديد من اللاعبين في طرح بطاريات الحالة الصلبة في السوق. في درجة حرارة الغرفة ، تكون الإلكتروليتات الأيونية عادةً أقل بعدة مرات من الشوارد السائلة. هذه إحدى العقبات الرئيسية أمام تسويق بطاريات الحالة الصلبة. في حين أن مفهوم بطاريات الحالة الصلبة كان موجودًا منذ عقود ، إلا أنه لا يتم إحراز تقدم إلا الآن ، وذلك بفضل الاستثمارات من شركات الإلكترونيات ومصنعي السيارات ومقدمي الصناعات العامة.
لماذا تعتبر بطاريات الحالة الصلبة أفضل؟
توفر بطاريات الحالة الصلبة العديد من الفوائد على نظيراتها المملوءة بالسائل ، بما في ذلك عمر أطول للبطارية وأوقات شحن أسرع وتجربة أكثر سلاسة. بدلاً من تعليق الأقطاب الكهربائية في سائل إلكتروليت ، تضغط بطاريات الحالة الصلبة القطب الموجب والكاثود والإلكتروليت إلى ثلاث طبقات مسطحة. ونتيجة لذلك ، يمكن جعلها أصغر – أو على الأقل إبرازها لا تزال تحمل نفس كمية الطاقة مثل بطارية مذيب أكبر.
لذلك ، عندما يحتوي الهاتف أو الكمبيوتر المحمول على بطارية ليثيوم أيون أو بطارية ليثيوم بوليمر مع بطارية صلبة بنفس السعة ، فإنها ستستمر لفترة أطول. يتم إنشاء نظام يحمل نفس مقدار الشحن ولكنه أصغر وأرق بكثير. عند استخدام بطاريات الحالة الصلبة لتشغيل الأجهزة الحالية أو حتى المركبات الكهربائية ، يمكن إعادة شحن البطاريات بشكل أسرع لأن الأيونات يمكن أن تنتقل من القطب السالب إلى القطب الموجب بشكل أسرع. يمكن أن تعرض بطارية الحالة الصلبة العديد من البطاريات القابلة لإعادة الشحن من حيث السعة بنسبة 500 بالمائة أو أكثر ويتم شحنها في عُشر الوقت. بطاريات الحالة الصلبة أقل ضررا على البيئة.
تعد بطاريات الأغشية الرقيقة الصلبة أقل خطورة على البيئة من البطاريات التقليدية. نظرًا لأن بطاريات الحالة الصلبة تتمتع بأداء أعلى وكثافة طاقة أعلى ، فإنها لا تحتاج إلى مكونات التبريد والتحكم التي تحتاجها بطاريات أيونات الليثيوم ، مما ينتج عنه حجم إجمالي أصغر ، ومزيد من حرية الجهاز ، ووزن أقل.
نظرًا لأن بطاريات الحالة الصلبة مقاومة لتآكل القطب الناجم عن المواد الكيميائية في السائل المنحل بالكهرباء أو تراكم الطبقات الصلبة في الإلكتروليت الذي يقصر من عمر البطارية ، يمكن لبطاريات الحالة الصلبة التعامل مع دورات تفريغ وشحن أكثر من بطاريات الليثيوم أيون. يمكن إعادة شحن بطاريات الحالة الصلبة حتى سبع مرات أكثر من بطاريات الليثيوم أيون ، مما يتيح لها عشر سنوات بدلاً من السنوات القليلة التي يُفترض أن تدوم فيها بطاريات الليثيوم أيون. تدرس المؤسسات التعليمية والشركات المصنعة للبطاريات وخبراء المواد جميعًا إمكانية تحويل بطاريات الحالة الصلبة إلى مصادر طاقة من الجيل التالي لاستخدامها على نطاق واسع.
هل بطاريات الحالة الصلبة تشحن أسرع؟
تحتوي بعض الإلكتروليتات الصلبة على موصلات أيونية أكبر من 5 ملي ثانية / سم وهي موصلات أحادية الأيونات. في التيار العالي ، يمنع هذا مقاومة الاستقطاب من التراكم في المنحل بالكهرباء الصلب. وبالتالي ، من المحتمل أن يكون الشحن السريع ممكنًا. تستخدم بطاريات الحالة الصلبة مادة صلبة ، عادةً ما تكون بوليمر أو مركب خزفي ، لتحل محل السائل القابل للاشتعال بالكهرباء في بطاريات الليثيوم أيون. تم إدخال أنودات الليثيوم المعدنية كبديل لأنودات الجرافيت أو السيليكون التقليدية. هذا الجهد لتطوير بطاريات الليثيوم المعدنية الصلبة لديه القدرة على مضاعفة كثافة الطاقة مع تقليل وقت الشحن بشكل كبير.
كيف تصنع بطارية الحالة الصلبة؟
في بطارية الحالة الصلبة ، هناك طبقتان رئيسيتان فقط ، الكاثود قطب موجب مع اتصال كهربائي مع فاصل سيراميك الحالة الصلبة الذي يحل محل فاصل البوليمر ، الذي يحل محل فاصل البوليمر المسامي الموجود في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية. تعتمد الإلكتروليتات الصلبة بالكامل على موصلات فائقة التأين وواجهات محسّنة.
يتمثل التحدي لتطوير إلكتروليت جيد في الحالة الصلبة في التغلب على الواجهة ، والحدود ثلاثية الطور حيث يجب نقل الأقطاب الموجبة والأيونات والإلكترونات في وقت واحد ، الأمر الذي يتطلب مرحلة متقطعة للغاية. يمثل تحقيق النقل المتزامن للإلكترون والأيونات في الواجهة والتحكم في الواجهات تحديًا.
تتطلب قضايا الاستقرار الكيميائي مع الإلكتروليت الإيجابي والثبات التأكسدي للكهارل في وجود الكربون وقضايا التشعبات الأيونية المعدنية دمج الواجهات المحمية. تحتوي الإلكتروليتات الصلبة على موصلية أيونية أقل من الإلكتروليتات السائلة بترتيب من حيث الحجم. من الضروري أيضًا تحسين المقاومة في واجهة الإلكتروليت والقطب الكهربائي.
التحديات التي تواجه إلكتروليت صلب للبطاريات:
الأقطاب الموجبة السميكة ذات الكتلة النشطة العالية: الموصلية الأيونية العالية للكهارل في الحالة الصلبة. واجهة مستقرة مع نشاط الأكسيد والاختزال المنخفض مع مواد مضافة موصلة إلكترونيًا.
يجب أن تمتلك أغشية الإلكتروليت الصلبة الرقيقة منخفضة الكتلة خصائص ميكانيكية جيدة ، وليونة ، وتحكم ديناميكي في الضغط.
تقدم جميع إلكتروليتات SSB مزيجًا غير مسبوق من الموصلية الأيونية العالية والاستقرار الممتاز بين القطب الموجب والكاثود. يعد توافق الأنود هو المفتاح في هذا لأنه يوفر فائدة أساسية على مستوى الخلية على بطاريات الليثيوم أيون التقليدية الأخرى.
هناك ثلاثة إلكتروليتات صلبة رئيسية:
إلكتروليت البوليمر : ميزة إلكتروليت البوليمر هي قابلية معالجة الخلية. تتمثل العيوب في الاستقرار الضعيف نسبيًا مقابل المعدن والموصلية السيئة نسبيًا في درجات حرارة منخفضة بشكل خاص.
الموصلية الأيونية المنخفضة = نقل أقل للأيونات = طاقة أقل.
إلكتروليت الأكسيد: يمتلك خصائص ميكانيكية مثالية ، وهو شديد الصلابة ، ومستقر كيميائيًا ضد الأنود المعدني. تشمل العوائق الرئيسية قدرات منخفضة الدرجة من حيث السرعة التي يمكن أن تتآكل بها باستخدام محلول أكسيد الإلكتروليت وصعوبة المعالجة لأنها تتطلب درجات حرارة عالية جدًا. لديهم ثبات حراري أعلى ، وقابلية معالجة خلية ضئيلة ، وحساسة للرطوبة ، ومعتدلة من حيث الموصلية. عادةً ما تكون الإلكتروليتات القائمة على الأكسيد مستقرة كيميائيًا ويمكن استخدامها مع مواد الكاثود عالية الطاقة.
ومع ذلك ، فإن الموصلية الأيونية أقل من تلك الموجودة في الإلكتروليتات القائمة على الكبريتيد.
المواد التي تحتوي على بيروفسكايت (LLTO: ليثيوم اللانثانم وأكسيد التيتانيوم)
هيكل العقيق (LLZO ، أكسيد الزركونيوم اللانثانيوم الليثيوم) ، وكذلك NASICON (LAGP: فوسفات الجرمانيوم الليثيوم) ، مثير للإعجاب بين الإلكتروليتات القائمة على الأكسيد.
المنحل بالكهرباء الكبريتيد: يمتلك خواص ميكانيكية بين ذلك البوليمر وأكسيد. هم أكثر موصلة من أي فئة المنحل بالكهرباء. تأتي جميع الإلكتروليتات التي تحطم الرقم القياسي من مواد من فئة الكبريتيد. لديهم موصلية أعلى ، قدرة معالجة أعلى للخلايا ، وقدرة حرارية أعلى ولكنها حساسة للرطوبة. عادة ما تكون الموصلية الأيونية أعلى في الإلكتروليتات القائمة على الكبريتيد ، لكنها أكثر استقرارًا كيميائيًا.
في درجة حرارة الغرفة ، يحتوي كبريتيد الفوسفور والقصدير غير المتبلور (LSPS) على موصلية أيونية عالية جدًا. من ناحية أخرى ، يعد عدم التوافق مع معدن الليثيوم مصدر قلق.
تُعرف المادة التي تحدد الإلكتروليتات بأنها مادة مضافة. المادة المضافة هي كمية صغيرة من مادة تشكل طبقة واقية على أسطح الكاثود والأنود. يمنع تدهور البطارية من خلال تسهيل المرور السلس لأيونات الليثيوم بين الكاثود والأنود.
إضافات الكاثود والأنود هما نوعان من الإضافات. تعمل إضافات الكاثود على منع شيخوخة البطارية عن طريق تثبيت هيكل الكاثود وحماية السطح ، والقضاء على السخونة الزائدة والشحن الزائد. تتحلل إضافات الأنود بشكل أسرع من المذيب ، وتشكل طبقة قوية في الأنود تطيل من عمرها ، وتمنع السخونة الزائدة ، وتحافظ على البطارية مشحونة. تلعب المواد المضافة دورًا مهمًا في النظام ككل من خلال إطالة عمرها ، وتحسين مشاكل درجات الحرارة المرتفعة ، وتقليل المقاومة.
الفاصل عبارة عن غشاء عازل رقيق يحتوي على حوالي أربع سمات تفصل بين الكاثود والأنود. ثانيًا ، كما يوحي الاسم ، تعمل الفواصل على حماية الكاثود والأنود من الاتصال داخل البطارية.
ثانيًا ، تحتوي الفواصل على مسام صغيرة الحجم غير مرئية للعين المجردة ، وتعمل المسام كقنوات لتمرير أيونات الليثيوم بين الكاثود والأنود. نظرًا لأن الفواصل تتمتع باستقرار ميكانيكي جيد ، فإن خاصية الشد تحافظ على المنتجات الثانوية والمواد الغريبة ، مما يضمن السلامة. يمكن استخدام المواد المستقرة كهربيًا وعالية العزل كفواصل. من المفترض أن تتجنب الفواصل تفاعل الكاثود والأنود ، وتؤدي إلى مشاكل كبيرة إذا كانت تتداخل مع أيونات الليثيوم أو أيونات أخرى داخل البطارية. يجب أن تكون الفواصل قادرة على ضمان الحماية عن طريق إغلاق المسام ومنع حركة الأيونات إذا تجاوزت درجة حرارة البطارية حدًا معينًا.
أخيرًا ، يجب أن تكون فواصل SSB صغيرة بما يكفي للسماح بدمج مواد أكثر نشاطًا في البطارية ، مما يزيد من كثافة الطاقة. لتجنب الضرر وضمان الحماية ، يجب أن يكون لديهم أيضًا طاقة ميكانيكية عالية.
متطلبات الكهارل الصلبة
ستكون الإلكتروليتات الصلبة مع مجموعة محددة من الخصائص ضرورية لتسويق بطاريات الحالة الصلبة. لكي تكون بديلاً مناسبًا للإلكتروليت السائل ، يجب أن تحتوي الإلكتروليتات الصلبة على موصلات أيونية الليثيوم أكبر من 0.1 ملي ثانية / سم. يجب إما أن يكون المنحل بالكهرباء مستقرًا كيميائيًا لتقليل الليثيوم ، أو يجب تكوين طبقة تفاعل تخميل. للحفاظ على مقاومة الخلية الداخلية منخفضة ، يحتاج المحلول الكهربائي إلى تشكيل واجهات مقاومة منخفضة.
في السطح البيني المعدني القلوي ، حيث يمكن أن تؤدي طبقات الركيزة المتفاعلة مع الغلاف الجوي ، والأكاسيد المختزلة ، والترطيب غير المتجانس إلى مقاومة كبيرة للواجهة ، مما يؤدي إلى زيادة التعقيد في إنشاء واجهات مقاومة منخفضة. خيوط الليثيوم من خلال المنحل بالكهرباء. في كل من إمكانات الأنود والكاثود ، يجب أن يكون المنحل بالكهرباء مستقرًا.
أشكال المنحل بالكهرباء الصلبة
نظرًا لأن إلكتروليتات البوليمر الصلبة لها موصلية أيونية منخفضة ، فإنها تُستخدم عادةً في درجات حرارة أعلى (60 درجة مئوية – 80 درجة مئوية) للاستفادة من النقل الأيوني العالي. على الرغم من سهولة التعامل مع البوليمرات ، إلا أن خواصها الميكانيكية غير كافية للحفاظ على استقرار أنود معدن الليثيوم.
نتيجة لذلك ، حصلت الإلكتروليتات الصلبة غير العضوية على أكبر قدر من الاعتراف. تعتبر موصلية إلكتروليتيد الكبريتيد الصلب من بين الأقوى بين جميع الإلكتروليتات الصلبة.
على الرغم من وجود العديد من الكيميائيات ، إلا أن نظام Li2 S-P2 S5 هو الأكثر استخدامًا. في إطار Li2 S-P2 S5 ، يمكن أن تكون الإلكتروليتات زجاجية أو بلورية أو متبلورة جزئيًا. تتمتع الإلكتروليتات Li2 S-P2 S5 غير المخدرة باستقرار كهروكيميائي منخفض مع الليثيوم ، بينما تحسنت الإصدارات المخدرة من الثبات. في درجة حرارة الغرفة أو أقل من 400 درجة مئوية ، تسمح طبيعة الدكتايل لإلكتروليتيد الكبريتيد لها بالانضغاط في مضغوط مع جسر كهروكيميائي جيد بين الجسيمات. نتيجة لذلك ، تعتبر إلكتروليتيد الكبريتيد أسهل الشوارد الصلبة غير العضوية للمعالجة.
ومع ذلك ، فإن التفاعل مع بخار الماء في الهواء يمكن أن يكون مشكلة مع بعض تركيبات إلكتروليتيد الكبريتيد ، مما يؤدي إلى إطلاق H2S وتحطيم الإلكتروليت. نتيجة لذلك ، يتم معالجتها عادة في بيئات غرفة جافة منخفضة الرطوبة.
الإلكتروليتات الصلبة القائمة على الأكسيد هي الشكل الثاني للإلكتروليت الصلب غير العضوي. هناك عدة أشكال مختلفة ، لكن العقيق Li7 La3 Zr2 O12 هو الأكثر شيوعًا. في درجة حرارة الغرفة ، تمتلك إلكتروليتات الأكسيد الصلب موصلات أيونية قوية ، وأوسع نطاق كهروكيميائي ، وأقصى قدر من الاستقرار الكيميائي ضد الليثيوم. علاوة على ذلك ، تحتوي مواد الأكسيد على أعلى معامل مرونة وصلابة للكسر من أي إلكتروليت صلب ، مما يجعلها مثالية للاستقرار المادي لأنود معدن الليثيوم وعمر الخلية طويل المدى. على الرغم من امتلاكها أفضل مزيج من الخصائص الكهروكيميائية ، إلا أن الإلكتروليتات الكثيفة ذات الموصلية الأيونية العالية تحتاج إلى درجات حرارة تلبيد تتراوح من 1000 درجة مئوية إلى 1300 درجة مئوية.
تميل المقاومة للتغصنات أو تطور خيوط الليثيوم في الإلكتروليتات الصلبة إلى الارتباط بكثافة التيار أو تيار الخلية الكلي مقسومًا على منطقة المقطع العرضي للكهارل. نتيجة لذلك ، يمكن أن تفشل الخلية عند كثافة تيار حرج (CCD) عندما يخترق معدن الليثيوم الخلية. الشحن المستقر ممكن عند الكثافات الحالية تحت هذه القيمة الحرجة. يعتبر الطلاء بالتيار المستمر لليثيوم في الخلايا غير المتماثلة مع أقطاب الليثيوم على جانبي الإلكتروليت الصلب فحصًا قياسيًا لـ CCD.
في تحضير الإلكتروليت الصلب لكبريتيد LGPS ، تم تحليل بنية المادة باستخدام حزم نيوترونية. تمكن الباحثون من ملاحظة الحركة الخطية للأيونات داخل الهيكل الجزيئي للموصل الصلب. يتم ملاحظة النفق داخل هيكله ثلاثي الأبعاد. لوحظت حركة أيونات الليثيوم داخل هذا النفق. مع هذا التلميح ، تمكن الباحثون من إجراء تحسينات على الموصلية الأيونية للمادة واستقرارها ، وتطوير مادتين جديدتين عن طريق إضافة كمية صغيرة من الكلور إلى LGPS. أظهرت هذه المواد أعلى أداء للموصل الأيوني في العالم.
تم تحليل هذه المواد باستخدام مقياس حيود تصميم المواد. أظهرت النتائج بنية مبتكرة تسمح للأيونات بالتحرك في ثلاثة أبعاد بدلاً من واحد فقط. هذا ما جعل أعلى أداء ممكن للمواد. من بين مجموعة واسعة من خلايا الجيل الجديد التي تم تطويرها ، أصبحت هذه المواد إلكتروليتات قوية لاستخدامها في جميع خلايا SSB.
تتميز SSB بكثافة طاقة أعلى قليلاً وإخراج طاقة أعلى عند مقارنتها ببطاريات ليثيوم أيون. وبالتالي ، تم تصميم مزايا جميع SSB بحيث تحتوي على بطاريات مدمجة عالية السعة يمكن إعادة شحنها في فترة قصيرة. بصفتها نتاجًا للبحث المخصص ومستوى التحليل الذري لمواد الإلكتروليت ، يمكن أن تؤدي هذه الأجهزة الجديدة بالكامل إلى جيل جديد من البطاريات.
في بطارية الحالة الصلبة لليثيوم أيون ، أثناء شحن البطارية ، يترك الليثيوم السفر عبر الشبكة الذرية لفاصل السيراميك غير المسامي ذي الحالة الصلبة. بمجرد فصل الليثيوم حقًا ، فإنه يترسب بين الفاصل والتلامس الكهربائي مكونًا أنودًا من الليثيوم المعدني النقي. يسمح أنود معدن الليثيوم بتخزين طاقة بطارية الحالة الصلبة في حجم طاقة أصغر مما يتيح كثافة طاقة أعلى مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية. تسمح بطاريات الليثيوم المعدنية ذات الحالة الصلبة بمدى أكبر من كثافة الطاقة الأعلى لشحن سريع لمدة خمسة عشر دقيقة وتشغيل أكثر أمانًا من خلال التخلص من فاصل البوليمر العضوي.
بطارية ليثيوم أيون عالية الطاقة:
- استخدام مواد عالية الطاقة
- توفر كاثودات NMC أو NCA الغنية بالنيكل ، عند دمجها مع القطب الموجب للسيليكون المركب ، كثافة أعلى للطاقة الحجمية والجاذبية.
- من المتوقع تخفيض التكاليف لأغراض التصنيع.
- هناك حاجة إلى تغييرات طفيفة فقط في عملية الإنتاج.
بطارية ليثيوم الحالة الصلبة
بطارية ليثيوم كبريت:
- عند التفريغ ، يتفاعل الليثيوم مع الكبريت عند الكاثود لتكوين كبريتيد الليثيوم.
- يوفر الكبريت ، باعتباره مادة منتشرة وفعالة من حيث التكلفة ، خلايا بطارية منخفضة التكلفة.
- تستمر حالة عدم اليقين المتعلقة بالدورة والعمر وحساسية درجات الحرارة المرتفعة في إعاقة نمو قطاع السوق.
- حاليًا ، تميل كثافة الطاقة الحجمية إلى أن تكون ضعيفة جدًا لاستخدامها في السيارات.
بطارية ليثيوم هواء:
- يتأكسد الليثيوم بالأكسجين عند جانب الكاثود عند التفريغ ، مما ينتج عنه بيروكسيد الليثيوم وأكسيد الليثيوم.
- كثافة الطاقة العالية واستخدام الهواء المحيط ممكن تقنيًا.
- عقبات ضخمة في استقرار الدورة ، مما يجعل تطبيق السيارة في العقد القادم يبدو غير محتمل.
وظائف وتصميم جميع SSB
- يعمل المنحل بالكهرباء الصلب المنفذ للأيونات كفاصل ويوفر الفصل المكاني والكهربائي بين الكاثود والأنود لكل SSB
- هناك مجموعة متنوعة من تصميمات الخلايا للاختيار من بينها. تم تصوير خلية غشاء رقيق في الرسم التخطيطي أعلاه. يمكن استخدام كاثود مركب لإنشاء طبقات أكثر سمكًا.
- تمر أيونات الليثيوم من الأنود عبر الإلكتروليت الصلب إلى الكاثود عند تفريغ كل SSB. تتدفق الطاقة عند الحمل الخارجي في نفس الوقت.
- تعتبر المقاومة عند واجهة الأنود والإلكتروليت عاملاً حاسمًا في كفاءة خلية البطارية. يمكن استخدام لوح خارجي ، مثل المطاط أو سبائك الألومنيوم ، للتخفيف من ذلك.
- التراص ثنائي القطب ممكن بسبب الإلكتروليت القوي. وبالتالي ، فإن الخلايا الأولية متصلة بشكل متسلسل.
مما تصنع بطاريات الحالة الصلبة؟
مواد بطارية الحالة الصلبة:
الأنود:
نظرًا لإمكانياتها النظرية لتحقيق أقصى كثافة للطاقة ، تعتبر أنودات الليثيوم المعدنية مثالية. من ناحية أخرى ، يجب أن يمنع المنحل بالكهرباء القوي الليثيوم المعدني من تكوين التشعبات. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن الليثيوم يشكل طبقة سلبية مع الأكسجين الجوي ، فإن التعامل معه تحت جو خامل مطلوب.
يوفر السيليكون كمادة الأنود كثافة طاقة عالية جدًا ، ولكنه يمر بالكثير من التحولات في الحجم عندما يتم مزجه مع الليثيوم.
كاثود:
يستخدم أكسيد الفلز ككاثود. نظرًا لوجود عدد أقل بكثير من المواد التي تم تصميمها خصيصًا لجميع SSB ، يتم استخدام مواد الكاثود الموجودة في معظم الحالات.
من حيث المبدأ ، يمكن استخدام مجموعة متنوعة من مواد الكاثود التي أثبتت جدواها ، استنادًا إلى الإلكتروليت ، وتتنوع من مواد غير مكلفة وآمنة مثل فوسفات حديد الليثيوم (LFP) إلى أكسيد الكوبالت والنيكل والمنغنيز (NMC). فقط أكسيد الكوبالت الليثيوم (LCO) كمادة كاثود و LLZO كإلكتروليت يظهر ثباتًا وفعالية كافيين في الممارسة العملية.
عملية تصنيع جميع بطاريات الحالة الصلبة
- تعد معالجة الإلكترودات والإلكتروليت وتجميع الخلايا وإنهاء الخلية هي الخطوات الرئيسية الثلاث في إنتاج كل SSB.
- لا توجد سلسلة عملية حقيقية عالميًا ؛ بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام عدد كبير من سلاسل العمليات الممكنة. تختلف هذه من عملية إنتاج بطاريات الليثيوم أيون بعدة طرق.
- تقارن هذه الطريقة وتناقض خيارين مختلفين للعملية ، في المقام الأول من حيث خرج القطب الكهربائي والإلكتروليت.
القطب والكهارل
الإنتاج —- تجميع الخلايا —— تشطيب الخلية
العملية أ
العملية ب
إن تركيب خلايا الخندق مع إلكتروليتات صلبة غير عضوية هو موضوع كلا خياري العملية. بالنسبة لبطاريات الحالة الصلبة بالكامل ، يميل تنسيق خلية الحقيبة إلى أن يكون هو الأنسب.
خلية موشورية أو مستديرة:
بسبب المكونات الصلبة لبطارية صلبة بالكامل ، تواجه اللفات تحديات كبيرة. يمكن أن تتسبب طبقات السيراميك الهشة في حدوث تشققات. علاوة على ذلك ، فإن مشكلة التصاق الطبقة المناسبة لم تحل بعد.
خلية الحقيبة:
تستفيد البطاريات الصلبة بالكامل من التكديس لأن الطبقات المسطحة لا تتشوه. علاوة على ذلك ، يتم إنتاج مركب الطبقة أثناء معالجة الإلكترود والإلكتروليت ، تاركًا الخلايا الأساسية فقط ليتم تكديسها لاحقًا.
هناك حاجة إلى غرفة جافة لعملية التصنيع بسبب تفاعل المواد مع الغلاف الجوي. عند العمل باستخدام الليثيوم المعدني ، يوصى باستخدام غاز خامل ، مثل الأرجون.
يتم إجراء تقييم شامل لإمكانية تطبيق المهارات المكتسبة في تطوير خلايا بطارية ليثيوم أيون لكل مرحلة من مراحل العملية.
إنتاج الإلكترود والإلكتروليت من خلال العملية أ:
- يتكون مركب الكاثود ، والإلكتروليت ، والأنود في معالجة الإلكترود والإلكتروليت.
- توجد خلية أولية بعد تطور الإلكترود والإلكتروليت.
- السمة الرئيسية لسلسلة العملية الأولى ، سلسلة العمليات أ ، هي عملية بثق مستمرة يتم فيها تشكيل الطبقات ثم تصفيحها.
- سلسلة العملية هذه مناسبة بشكل خاص للمواد الصلبة القائمة على الكبريتيد.
إنتاج الكاثود والكهارل (مركب):
- طريقة الإنتاج
- تستخدم صناعتان مركبتان مختلفتان ذوبان الكاثود والإلكتروليت.
- يتم تغذية مكونات المواد في برميل مسخن بجهاز بثق مزدوج اللولب ويمكن توفيره على شكل حبيبات أو مسحوق.
- تنقل حركات دوران الطارد الطاقة إلى مكونات المواد. نتيجة لذلك ، يكون الذوبان متجانسًا.
- يتم خلط جزيئات الإلكتروليت ، التي تقلل المقاومة بين الكاثود والإلكتروليت ، بالإضافة إلى المواد الرابطة والمواد المضافة ، مع المحتوى النشط للكاثود.
- تعد جزيئات الإلكتروليت والمواد اللاصقة للبوليمر عنصرين ماديين في الإلكتروليت.
معلمات وشروط العملية:
- كمية المواد الفردية المراد توريدها
- درجة الحرارة والضغط في الاسطوانة
- معدل وضغط الطارد
- قوة القص
ميزات الجودة:
- تجانس الذوبان
- لزوجة الذوبان
- مقياس الاندماج والكمية
بدائل التكنولوجيا:
- مصنع خلط عالي الأداء
إنتاج الكاثود والكهارل (البثق المشترك):
- طريقة الإنتاج
- في قالب مناسب ، يتم بثق الكاثود والإلكتروليت بشكل مشترك. ينتج عن هذا تركيبة طبقة الكاثود والكهارل.
- تقوم قنوات منفصلة بتغذية الكاثود ، ويذوب المنحل بالكهرباء من خلال قالب البثق.
- تنتقل المواد المنصهرة عبر القنوات إلى مخرج قالب البثق. يتم بثق المواد المنصهرة على موصل تيار باستخدام فتحة القوالب.
معلمة العملية والمتطلبات:
- تعديل سماكة الطبقة
- معدل تذوب العلف
- درجة حرارة
- ضغط
- سرعة اللف
- ضغط أسطوانة التقويم
ميزات الجودة:
- سمك التغليف
- عرض الطبقة
- التصاق بين الطبقات
بدائل التكنولوجيا:
- طباعة الشاشة
صب احباط
إنتاج الأنود (البثق والصقل):
- يمكن تصنيع جميع أنود SSB من رقائق الليثيوم المعدنية. يمكن استخدام البثق مع التقويم اللاحق لصنع فيلم الليثيوم هذا.
- يتم سكب الليثيوم السائل في أسطوانة آلة بثق المكبس لهذا الغرض. ثم يتم ضغط الليثيوم في فوهة بواسطة مكبس.
- يضمن التقويم بعد البثق التجانس وسماكة الفيلم البصري. يتم لف الفيلم تحت الضغط بواسطة بكرتين باستخدام مادة تشحيم لهذا السبب.
- يجب أن تكون البكرات قادرة على العمل مع مادة الليثيوم اللاصقة. ستعمل البكرات المطلية بالبوليمر ، مثل تلك المصنوعة من البولي أسيتال ، على تحقيق ذلك.
معلمات ومتطلبات العملية:
- سرعة البثق
- درجة حرارة
- هندسة الفوهة
- ضغط ضغط لفات التقويم
- سرعة توريد زيوت التشحيم
- سرعة اللف
ميزات الجودة:
- سمك الفيلم
- عرض احباط
- تجانس رقائق الليثيوم
بدائل التكنولوجيا:
- ترسب الطبقة الذرية
عملية PVD
إنتاج الطبقة المركبة (الترقق):
- يتم تصفيح رقائق الليثيوم على مركب الكاثود والكهارل بعد معالجتها. يتم وضع الطبقتين معًا باستخدام بكرات لهذه المهمة.
- يتم استخدام بكرتين لفرض الطبقتين معًا في المرحلة التالية. للحصول على قوى التصاق أكبر ، يتم تسخينها. تخترق البوليمرات من طبقة إلى أخرى أثناء التسخين والضغط ، مما يخلق رابطًا بين الأنود والإلكتروليت.
- يمكن التمييز بين كلمتي التصفيح “الجاف” و “الرطب”. حتى التصفيح ، التصفيح الرطب يرطب الأسطح الملامسة بمذيب. هذا يسهل التصفيح بدرجات الحرارة المنخفضة والضغط المنخفض.
معلمات ومتطلبات العملية:
- سرعة تغذية الطبقات
- سرعة اللف
- ضغط
- تسخين اختياري للطبقات
ميزات الجودة:
- التصاق بين الطبقات
- سمك المركب المطلوب
- هندسة المركب
بدائل التكنولوجيا:
- الضغط والتلبيد اللاحق
عملية إنتاج الإلكترود والإلكتروليت ب
- عملية ترسيب البخار الفيزيائي (PVD) ، والتي يتم فيها إضافة الطبقات الفردية واحدة تلو الأخرى ، هي السمة الرئيسية لسلسلة الإجراءات B الموضحة أدناه.
- هذه العملية الحالية ، التي تُظهر خطوات التصنيع للبطارية ذات الأغشية الرقيقة ، مناسبة بشكل خاص للبطاريات الصلبة القائمة على الأكسيد .
تحضير المواد (الطحن والخلط):
- منهجية التصنيع
- يتم استخدام مطحنة الكرة لعزل مسحوق الكاثود من مسحوق الإلكتروليت.
- يتم وضع المواد الخام في أسطوانة طحن أسطوانية لهذه المهمة. تستخدم الكرات كوسائط طحن في أسطوانة الطحن هذه.
- تجمع حركات دوران الأسطوانة بين مواد البداية. علاوة على ذلك ، تضمن الحركة الدورانية أن وسائط الطحن ومواد البداية تتحول بالنسبة لبعضها البعض عندما تكون الأخيرة مطحونة.
- بعد ذلك ، يتم تكليس المسحوق لتحقيق خصائص المسحوق المطلوبة.
متطلبات ومعايير العملية:
- مادة الكرة
- سرعة
- وقت الطحن
- مادة اسطوانة
- كمية مادة البداية
ميزات الجودة:
- متوسط حجم جزيئات المسحوق
- تجانس المسحوق (درجة الخلط)
بدائل التكنولوجيا:
- عملية سول جل
إنتاج مركب طبقة (رشاش عالي التردد):
عملية التصنيع:
- يتم استخدام الرش عالي التردد لإنشاء طبقات الكاثود والإلكتروليت من مساحيق الكاثود والإلكتروليت. الهدف من عملية الرش يتم صنعه أولاً من المساحيق باستخدام قالب أو نظام الضغط الساخن.
- يعمل المجمع الحالي أيضًا كركيزة للعملية. ترسب طبقة الكاثود في المرحلة الأولى. يتم بعد ذلك وضع طبقة إلكتروليت فوق طبقة الكاثود.
- الأيونات موجهة نحو هدف عملية الرش. يتم إخراج الذرات من الهدف في هذه الخطوة ، والتي تصل بعد ذلك إلى المرحلة الغازية وتتقدم إلى الركيزة. لذلك يتم تطوير الطبقة ذرة بذرة على سطح الركيزة.
- يتم استخدام غرفة التفريغ للرشاشات عالية التردد.
متطلبات ومعايير العملية:
- درجة حرارة
- وقت الترسيب
- ضغط العملية
- الجو المحيط
- قوة العملية / كثافة الطاقة
- القطر المستهدف والمسافة المستهدفة
ميزات الجودة:
- سماكة طبقة المجمع الحالي
- سماكة طبقة الكاثود والإلكتروليت
بدائل التكنولوجيا:
- ترسيب الأبخرة الكيميائية
ترسيب طبقة مركبة (تلبيد)
عملية التصنيع:
- يتم ضغط طبقات الكاثود والإلكتروليت أثناء التلبيد. من خلال تعزيز الرابطة بين الطبقتين ، يمكن تقليل المقاومة عند القطب الكهربائي السطحي.
- يتم استخدام فرن تلبيد لتلبيد مركب الكاثود والكهارل. يتم تسخين المادة إلى ما دون درجة انصهارها مباشرة.
- يمكن تعديل المسامية الناتجة بناءً على معاملات العملية المختارة.
- لتجنب التفاعلات مع البيئة ، تحدث عملية التلبيد في جو خامل أو في فراغ.
- يعتبر التلبيد أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص للإلكتروليتات الصلبة القائمة على الأكسيد لتحقيق أقل قدر كافٍ من التسامح البيني.
إنتاج الطبقة المركبة (التبخر الحراري):
عملية الإنتاج:
- يمكن تطبيق الأنود على مركب القطب السالب باستخدام التبخر الحراري. محتوى الأنود مصنوع من الليثيوم المعدني.
- يتطلب التبخر الحراري تسخين الليثيوم المعدني إلى درجات حرارة أعلى من نقطة الغليان ، مثل مبخر الحزمة الإلكترونية ، بحيث يمكن أن يصل إلى مرحلة البخار. في حجرة التفريغ ، ينتشر البخار بشكل موحد.
- يشكل التكثيف الطلاء على سطح درجة الحرارة المنخفضة للإلكتروليت.
- يحدث التبخر الحراري في غرفة مفرغة ، يمكن مقارنته بالرش.
