Полутвердотельный аккумулятор представляет собой новую электрохимическую технологию хранения энергии, его электродная подвеска в основном состоит из активных материалов, проводящих добавок и электролита. Подвески положительных и отрицательных электродов батареи установлены в двух резервуарах для хранения жидкости, а насос подачи жидкости используется для циркуляции суспензии между реактором батареи и внешним резервуаром для хранения жидкости. Внутри реактора батареи положительная и отрицательная подвески разделены ионной диафрагмой. При зарядке ионы внутри батареи перемещаются от положительной клеммы к отрицательной, а электроны перемещаются от положительной к отрицательной клемме через внешнюю цепь; тогда как при разряде ионы и электроны движутся в направлении, противоположном зарядке.

Преимущества полутвердотельных аккумуляторных элементов

Преимущество полутвердых аккумуляторов заключается в том, что емкость накопления энергии и мощность можно регулировать независимо, т.е. емкость накопления энергии определяется размером резервуара для хранения жидкости, а мощность определяется размером реакционной камеры аккумулятора. . Кроме того, по сравнению с обычными батареями улучшено использование материалов положительных и отрицательных электродов, а электролит в суспензии электродов можно легко заменить или пополнить. Оптимизируя состав электродной суспензии и структуру элементов, можно дополнительно улучшить электрохимические характеристики батареи и снизить ее общую стоимость.

Данная конструкция сочетает в себе характеристики твердотельных и жидкостных аккумуляторов и имеет следующие существенные особенности:
(1) Безопасность: полутвердые батареи безопаснее традиционных жидких батарей. Поскольку часть электролита твердая, утечка из нее невозможна, что снижает риск взрыва батареи. Исключите опасность традиционных литиевых батарей в следующих ситуациях: ① может возникнуть работа под сильным током литиевых дендритов, что может привести к проколу диафрагмы, что приведет к повреждению от короткого замыкания. ② Электролит представляет собой органическую жидкость, и склонность к побочным реакциям, окислительному разложению, газообразованию и горению усиливается при высоких температурах.
(2) Высокая плотность энергии: полутвердые батареи могут достигать более высокой плотности энергии, что означает, что они могут хранить больше энергии при том же объеме и весе и обеспечивают более длительное время использования.
(3) Быстрая зарядка: полутвердотельные элементы решают проблему медленной зарядки традиционных твердотельных батарей за счет более высокой производительности зарядки, обеспечивая более быструю зарядку батареи.
(4) Экологичность: по сравнению с традиционными батареями материалы, используемые в полутвердых батареях, более экологичны, что снижает негативное воздействие на окружающую среду.
Благодаря вышеуказанным преимуществам полутвердых батарей они имеют широкую перспективу применения в области электромобилей, портативных электронных устройств и хранения возобновляемой энергии.

Каковы преимущества полутвердых батарей перед традиционными жидкими батареями?

Более высокая безопасность: по сравнению с традиционными жидкими батареями, в полутвердых батареях используется гелеобразный или пористый полутвердый электролит, что снижает риск протечки и возгорания батареи и, следовательно, обеспечивает более высокий уровень безопасности.
Более высокая плотность энергии: по сравнению с твердотельными батареями электролит в полутвердых батареях обычно имеет лучшую ионную проводимость, что позволяет батарее хранить больше энергии в том же объеме, увеличивая плотность энергии.
Улучшенная производительность быстрой зарядки: полутвердые аккумуляторы имеют лучшую ионную проводимость, что обеспечивает более высокую скорость зарядки и сокращает время зарядки.
Хорошие характеристики при низких температурах: полутвердые батареи более стабильны при низких температурах, чем традиционные жидкие батареи, с меньшим ухудшением характеристик батареи.
Экологичность: в полутвердых батареях в качестве электролита обычно используются неорганические материалы или возобновляемые ресурсы, что снижает воздействие на окружающую среду и более экологично.
Увеличенный срок службы в цикле: поскольку полутвердые батареи избегают потока жидкого электролита, внутри батареи происходит меньше коррозии и отложений, что приводит к увеличению срока службы в цикле.
В целом, полутвердые батареи имеют определенные преимущества перед традиционными жидкими батареями и твердотельными батареями с точки зрения безопасности, плотности энергии, производительности зарядки, низкотемпературных характеристик, экологичности и срока службы.

Как работает полутвердый аккумулятор?

Миграция ионов в смесях твердого и жидкого электролита во время зарядки и разрядки, приводящая к накоплению и выделению энергии.

Основные компоненты полутвердой батареи включают два электрода (обычно положительный и отрицательный) и полутвердый электролит. Положительный и отрицательный электроды разделены полутвердым электролитом, образуя зону электрохимической реакции.
Во время зарядки и разрядки положительный электрод высвобождает электроны, а отрицательный электрод их поглощает. Между тем, в полутвердом электролите ионы будут перемещаться между положительным и отрицательным электродами. Конкретно:
Процесс зарядки:
Во время зарядки внешний источник питания подает ток в батарею, в результате чего ионы металлов в материале положительного электрода (например, ионы лития) начинают высвобождаться и высвобождать электроны. Эти электроны возвращаются к отрицательному электроду через внешнюю цепь, завершая процесс зарядки батареи. В то же время ионы металла в материале положительного электрода переносятся к отрицательному электроду в полутвердом электролите и внедряются в отрицательный электрод, завершая транспорт ионов в батарее.

Процесс выгрузки:
Во время разряда внешняя цепь подключает нагрузку, и электроны перетекают от отрицательного электрода к положительному, обеспечивая энергию для нагрузки. В то же время ионы металлов из материала отрицательного электрода начинают выделяться и переносятся к положительному электроду в полутвердом электролите. На положительном электроде эти ионы металлов внедряются в положительный материал, завершая процесс разряда в батарее.
На протяжении всего процесса зарядки и разрядки полутвердый электролит играет роль ионной проводимости, что обеспечивает эффективный перенос ионов между положительным и отрицательным электродами, тем самым завершая реакции зарядки и разрядки аккумулятора.

Принципиальная схема работы полутвердой жидкостной батареи

В каких областях полутвердотельные батареи имеют многообещающее применение?

Электрические транспортные средства: Полутвердотельные аккумуляторы потенциально могут стать важным решением для хранения энергии в электромобилях благодаря их высокой плотности энергии и быстрой зарядке. Эта аккумуляторная технология может обеспечить больший запас хода и более короткое время зарядки, тем самым способствуя популяризации и развитию электромобилей.

Носимые устройства: По мере того, как умные часы, умные браслеты и другие носимые устройства становятся все более популярными, растет спрос на небольшие, легкие батареи с высокой плотностью энергии. Высокая плотность энергии и безопасность полутвердотельных батарей делают их идеальным источником энергии для носимых устройств.
Мобильные устройства. Мобильным устройствам, таким как смартфоны и планшеты, требуются надежные и высокопроизводительные аккумуляторы. Высокая скорость зарядки и длительный срок службы полутвердотельных аккумуляторов делают их привлекательным вариантом питания для мобильных устройств.
Системы хранения энергии: Высокая плотность энергии и надежность полутвердотельных батарей делают их потенциальным выбором для домашних и промышленных систем хранения энергии. Эти системы можно использовать для балансирования спроса и предложения энергии, сохраняя возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия.
Аэрокосмическая промышленность. В аэрокосмической отрасли легкий вес и высокая производительность аккумуляторов имеют решающее значение для работы самолетов и спутников. Полутвердотельные батареи имеют преимущество, заключающееся в обеспечении более высокой плотности энергии и лучших показателей безопасности, и, следовательно, имеют потенциал для широкого использования в аэрокосмическом секторе.
Носимые медицинские устройства: Медицинская промышленность испытывает большой спрос на небольшие, безопасные и надежные батареи для использования различных носимых медицинских устройств. Характеристики полутвердотельных аккумуляторов открывают им потенциал для применения в этой области.

На самом деле, существует гораздо больше сценариев, в которых его можно использовать благодаря следующим характеристикам: повышенная безопасность, устойчивость к высоким температурам, высокая плотность энергии, возможность быстрой зарядки.
Длительный срок службы, гибкость конструкции

Фундаментальные дефекты литий-железофосфата

(1) В процессе спекания при получении литий-железо-фосфата существует вероятность восстановления оксида железа до мономерного железа в высокотемпературной восстановительной атмосфере. Одноатомное железо может вызвать микрокороткое замыкание аккумулятора, что является запрещенным веществом в аккумуляторе.
(2) Литий-железо-фосфат имеет некоторые недостатки в работе, такие как очень низкая плотность вибрации и плотность уплотнения, что приводит к низкой плотности энергии литий-ионных батарей. Низкотемпературные характеристики плохие, и даже наноразмеры и углеродное покрытие не решили эту проблему.
(3) The preparation cost of the material and the manufacturing cost of the battery are high, and the battery yield is low and the consistency is poor. Although the nanosizing and carbon coating of lithium iron phosphate improves the electrochemical performance of the material, it also brings other problems, such as the reduction of energy density, the increase in the cost of synthesis, poor processing performance of the electrode and harsh environmental requirements. Although the chemical elements Li, Fe and P in lithium iron phosphate is very rich, the cost is also lower, but the preparation of lithium iron phosphate product cost is not low, even if the previous R & D costs are removed, the material process costs coupled with the higher cost of preparing batteries, will make the unit of energy storage power cost is high.
(4) Плохая консистенция продукта. С точки зрения подготовки материала реакция синтеза фосфата лития-железа представляет собой сложную многофазную реакцию, в которой присутствуют твердофазные фосфаты, оксиды железа и соли лития, а также предшественники углерода и восстановительная газовая фаза. В этом сложном реакционном процессе трудно обеспечить постоянство реакции.