Litíum rafhlöður á föstu ástandi eru taldar „fullkominn rafhlöðutækni“, en viðnámsvandinn milli fastra salta og jákvæðra og neikvæðra rafskauta hefur alltaf verið flöskuháls sem hindrar fjöldaframleiðslu þeirra. Undanfarin ár hafa vísindamenn smám saman sigrast á þessari hindrun með breytingu á viðmóti, efnissamsvörun og nýsköpun í vinnslu, sem gerir kleift að gera rafhlöðufrumur í föstu ástandi kleift að fara frá rannsóknarstofu í atvinnuskyni.
1 Rót viðmóts viðmóts: Tvíþættar áskoranir eðlisfræði og efnafræði
Rótorsök viðnám viðmóts liggur í „lélegu snertingu“. Fastar raflausnir eru að mestu stífar keramik (svo sem LLZO), með líkamlegum eyður á milli og sveigjanleg rafskautsefni, sem leiðir til snertisvæðis aðeins 30% -50%, sem hindrar leiðni leið litíumjóna. Enn meira krefjandi er málið um efnafræðilega eindrægni. Þegar súlfíð raflausnir komast í snertingu við háa nikkel bakskauta, koma viðbrögð viðmóts til að mynda einangrunarstig eins og li ∝ po ₄, sem veldur því að viðnám eykst stöðugt við hjólreiðar. Eftir 50 lotur eykst viðmót viðnám ákveðins súlfíðs fastra rafhlöðufrumna þríþætt og afkastagetan nær 40%.
Áhrif hitastigs á viðnám viðmóts eru mikilvægari. Jónísk leiðni fastra raflausna er hitastig viðkvæm. Í -20 gráðu minnkar leiðni LLZO keramik salta úr 10 ⁻⁴ s/cm við stofuhita í 10 ⁻⁶ s/cm, en viðnám viðmótsins eykst um meira en 10 sinnum, sem leiðir til þess að fruman er nánast ófær um að starfa við lágt hitastig.
2 Breytingartækni viðmóts: Að smíða skilvirkar leiðni rásir
Tæknin „Gradient Buffer Layer“ sem þróuð var af kínverska vísindahópnum kynnir li ∝ po ₄ - li ₂ co ∝ samsett lag á milli salta og jákvæðu rafskautsins, sem útrýma líkamlegum göllum og bæla aukaverkanir, draga úr viðmóti viðmóts um 70% og auka jarðvegshita leiðni rafhlöðufrumunnar í 1ms/c, nálægt því að námi. Japanskt fyrirtæki samþykkir „Atomic Layer Deposition“ tæknina til að leggja 5nm þykkt al ₂ O3 filmu á yfirborð salta, sem eykur tengibúnaðinn eins og „sameinda lími“ og lætur lífshringrásina fara yfir 1000 sinnum.
Formeðferð fyrir litaríu er lykillinn að því að leysa neikvæða rafskautviðmótsvandann. For ígræðsla málm litíums á yfirborði kísil-byggðra neikvæða rafskauts myndar stöðugt litíum állag, sem getur forðast bein viðbrögð milli fastra salta og kísils. Neikvæða rafskautviðmót viðnám fyrirfram litaðra fastra rafhlöðufrumna minnkar um 60%og fyrsta skilvirkni losunarinnar er aukin úr 75%í 92%.
3 Efnissamsvörun og nýsköpun í vinnslu: Hröðun fjöldaframleiðslu og útfærslu
Efni eindrægni hönnun er jafn áríðandi. Súlfíð fast raflausnir (eins og Li ₇ P ∝ S ₁₁) hafa lélega eindrægni við mikla nikkel bakskauta. Ákveðið fyrirtæki hefur þróað „manganríkan bakskaut“ (NI60% MN30% CO10%) til að draga úr hvarfvirkni við súlfíð og auka hringrásarlífið úr 200 í 1000 lotur. Fjölliða raflausnir (svo sem PEO) eru samhæfari við litíum járnfosfat, og rafhlöðufrumur í föstu ástandi ásamt þeim tveimur geta haldið uppi virkjunartíðni 85% jafnvel eftir 1500 lotur við 60 gráðu, sem gerir það að mögulegri lausn á sviði orkugeymslu.
Tækninýjungar flýtir fyrir fjöldaframleiðsluferlinu. Hið hefðbundna „stafla umbúðir“ er erfitt að tryggja nána snertingu milli fastra salta og rafskauts. Nýlega þróaða „Hot Pressing Molding“ tæknin samþættir þrjá undir 150 gráðu og 10MPa þrýstingi, með tengiliðasvæði yfir 95%. Framleiðslulína fyrir rafhlöðufrumur rafhlöðufrumna í ákveðnu bílafyrirtæki samþykkir þetta ferli, með einni línu getu 1GWst og kostnaðarlækkun um 60% samanborið við rannsóknarstofustigið og leggur grunninn að stórum stíl umsóknar árið 2027.