Þegar orkuþéttleiki litíum rafhlöðufrumna fer yfir 300Wh/kg þröskuldinn, verða háar nikkel jákvæðar rafskautsefni lykil drifkrafturinn á bak við það. Nikkelinnihaldið hefur hoppað úr 5 seríum (NI50%) í 8 seríur (NI80%) og jafnvel 9 seríur (NI90%), sem eykur ekki aðeins rafhlöðugetuna um meira en 20%, heldur stuðlar einnig að svið rafknúinna ökutækisins sem er auðveldlega yfir 600 km. En á bak við þessa „nikkel viðbótarkeppni“ er strangt jafnvægi milli efnislegs stöðugleika og nákvæmni ferlisins.
1 Leikurinn um virkni og stöðugleika: bylting á efnislegu stigi
Kjarna mótsögn mikils nikkelefna liggur í viðskiptum milli virkni og stöðugleika. Aukning á nikkelinnihaldi eykur litíumjónaþéttni getu, en það getur leitt til hruns jákvæðs rafskautsefnisuppbyggingarinnar - varðveisluhlutfall 8 röð frumna er venjulega 10% lægra en í 5 röð frumna eftir 200 lotur. Til að leysa þetta vandamál, nota framleiðendur „einokkristallaða“ ferlið til að gera hefðbundnar fjölkristallaðar agnir í fullkomna staka kristalla og draga úr kornamörkum viðbragða milli agna. Hringrásarlíf 9-seríu fyrirtækisins í 9-seríu hefur farið yfir 1500 sinnum, sem er 50% lengur en venjulegar fjölkristallaðar vörur.
Yfirborðshúðunartækni er eins og að setja „hlífðarfatnað“ á jákvæða rafskautsefnið. Með því að hylja yfirborð agna með lag af al ₂ o ⅲ eða lípó ⅲ filmu getur það hindrað rof á salta án þess að hafa áhrif á leiðni litíumjóns. Próf hafa sýnt að rotnunarhraði afkastagetu 811 rafhlöðufrumur (NI80% CO10% MN10%) eftir að húðmeðferð er minnkuð um 30% við hjólreiðar með háhita við 60 gráðu. Losun breytingatækni getur aukið stöðugleika kristalbyggingarinnar með því að kynna þætti eins og Mg og Zr. 92% háa nikkel rafhlöðufrumur með MG heldur áfram að varðveita afkastagetu 85% eftir 1000 lotur, sem er langt umfram meðaltal iðnaðarins um 70%.
2 millimetra stigsferli: Nákvæmisbarátta í framleiðsluferlinu
Hátt nikkelefni eru afar viðkvæm fyrir raka og hópverkstæði þarf að viðhalda þurru umhverfi með döggpunkti undir -40 gráðu, sem er 100 sinnum þurrara en loftið á eyðimörkinni. Þegar rakainnihaldið fer yfir 50 ppm mun það valda því að vatnsrofi framleiðir HF gas, tærast rafskautin og valda bólgu í frumum. Leiðandi fyrirtæki notar þriggja þrepa þurrkunarkerfi (Rotary Dehumidification+Vacuum Baking+Inert Gas Protection) til að stjórna rakainnihaldi efna innan 10 ppm og draga úr gallahraða rafgeymisfrumna undir 0,5%.
Það þarf að stjórna yfirborðsþéttleika í húðunarferlinu innan ± 1%, annars getur óhóflegt staðbundið nikkelinnihald valdið örhringrásum. Framleiðslulína af Ningde Times notar leysir á netinu til að stjórna sveiflum rafskautþykktar innan 2 μ m og vinnur með servó mótorum til að stilla húðunarhraðann í rauntíma og eykur þar með ávöxtun háa nikkel rafhlöðufrumna úr 75% í 92%. Veltingarferlið samþykkir „halla þrýstings“ tæknina, með brúnþrýstinginn 10% lægri en miðstöðin og forðast brot á háum nikkelefni agnum. Þéttleiki rafskautsins getur náð 4,2g/cm ³, sem er 8% hærra en hefðbundnir ferlar.
3 Sviðsmynd byggð: Leiðin til að aðlagast frá rafknúnum ökutækjum að orkugeymslu
Nú á dögum hafa háar nikkel rafhlöðufrumur komist í gegnum hágæða rafknúna ökutæki yfir í orkugeymslusviðið. Í orkugeymslu rafhlöðum heimilanna draga 8 seríur rafhlöðufrumur, með orkugjöf þeirra til að draga úr stærð orkugeymsluskápsins um 15%. Hins vegar, til að koma jafnvægi á kostnað, nota framleiðendur oft „háa nikkel+litíum járnfosfat“ blendinga geymslulausn - með því að nota háar nikkel rafhlöðufrumur til að hlaða hratt og losa á daginn og litíum járnfosfat til að viðhalda grunn aflgjafa á nóttunni og ná vinna -vinna aðstæðum milli afköst og efnahagslífs. Eftir að hafa samþykkt þessa lausn minnkaði orkugeymslukerfi þýsks heimilis kostnað við raforku um 0,1 evrur á hverja kilowatt klukkustund og stytti endurgreiðslutímabil fjárfestingar um 1,5 ár.
Á sviði sérstakra farartækja er sýnt fram á háan árangur af háum nikkel rafhlöðum. Rafmagns lyftara sem er búinn 9 röð rafhlöðufrumna getur stutt 1C hraðhleðslu (fullhlaðin á 1 klukkustund), sem nær stöðuga aðgerðartíma í 8 klukkustundir, sem er 30% hærri en hefðbundin litíum járnfosfat rafhlöður. Á sviði dróna hefur 21700 forskriftin High Nikkel sívalur rafhlöðufrumur orkuþéttleiki 280Wh/kg, sem gerir þrekstíma uppskeruvörn dróna kleift að fara yfir 40 mínútur og eykur skilvirkni í rekstri um 25%.
Þróun mikils nikkel jákvæðra rafskautafrumna er í meginatriðum tæknileg list „nákvæmrar meðferðar“ - það miðar að því að hámarka orku möguleika nikkelþátta meðan þeir temja „grimmt skap“ með efnisbreytingu og hagræðingu ferla. Með þroska tækni eins og kóbaltfrjáls háa nikkel og kjarna-skel uppbyggingu mun þessi jafnvægisaðferð ýta litíum rafhlöðum í átt að meiri orkuþéttleika og lengri líftíma.