லித்தியம் அயன் பேட்டரி செயல்திறனை மேம்படுத்த திட எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகத்தை (சீ) புரிந்துகொள்வது

இந்த நாட்களில் லித்தியம் அயன் பேட்டரிகள் மின்சார வாகனங்கள், பவர் காப்புப்பிரதிகள், மொபைல்கள், மடிக்கணினிகள், ஸ்மார்ட்வாட்ச்கள் மற்றும் பிற சிறிய மின்னணு பொருட்கள் போன்றவற்றில் பரவலாகப் பயன்படுத்துவதால் அதிக கவனத்தை ஈர்த்து வருகின்றன. லித்தியம் பேட்டரிகளில் அதிக ஆராய்ச்சி தேவைப்படுகிறது சிறந்த செயல்திறனுக்கான மின்சார வாகனங்கள். லித்தியம் பேட்டரியின் செயல்திறன் மற்றும் வாழ்நாளைக் குறைக்கும் ஒரு முக்கியமான அளவுரு ஒரு திட எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகத்தின் (SEI) வளர்ச்சி,இது லித்தியம் பேட்டரியைப் பயன்படுத்தத் தொடங்கும் போது உருவாகும் ஒரு திட அடுக்கு. இந்த திட அடுக்கின் உருவாக்கம் மின்கலத்தின் செயல்திறனை பெரிதும் பாதிக்கும் எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் மின்முனைகளுக்கு இடையில் செல்வதைத் தடுக்கிறது. இந்த கட்டுரையில், இந்த சாலிட் எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகம் (SEI), அதன் பண்புகள், அது எவ்வாறு உருவாகிறது மற்றும் லித்தியம் பேட்டரியின் செயல்திறன் மற்றும் வாழ்நாளை அதிகரிக்க அதை எவ்வாறு கட்டுப்படுத்துவது என்பது பற்றியும் மேலும் அறிந்து கொள்வோம். சிலர் சாலிட் எலக்ட்ரோலைட் இன்டர்ஃபேஸை சாலிட் எலக்ட்ரோலைட் இன்டர்ஃபேஸ் (எஸ்இஐ) என்றும் அழைக்கிறார்கள் என்பதை நினைவில் கொள்க , இரண்டு சொற்களும் ஒன்றுக்கொன்று மாற்றாக ஒட்டுமொத்த ஆய்வுக் கட்டுரைகளைப் பயன்படுத்துகின்றன, எனவே இது சரியான சொல் என்று வாதிடுவது கடினம். இந்த கட்டுரையின் பொருட்டு, திட எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகத்துடன் ஒட்டிக்கொள்வோம்.

லித்தியம் அயன் பேட்டரிகள்:

நாம் SEI க்குள் ஆழமாக டைவ் செய்வதற்கு முன், லி-அயன் கலங்களின் அடிப்படைகளைப் பற்றி கொஞ்சம் திருத்துவோம், எனவே கருத்தை நன்கு புரிந்துகொள்வோம். நீங்கள் மின்சார வாகனங்களுக்கு முற்றிலும் புதியவர் என்றால் இதைச் சரிபார்க்கவும் நீங்கள் மேலும் முன்னேறுவதற்கு முன்பு ஈ.வி பேட்டரிகளைப் புரிந்துகொள்ள எலக்ட்ரிக் வாகன பேட்டரிகள் கட்டுரை பற்றி நீங்கள் தெரிந்து கொள்ள விரும்புகிறீர்கள்.

லித்தியம் அயன் பேட்டரிகள் அனோட் (எதிர்மறை மின்முனை), கேத்தோடு (நேர்மறை மின்முனை), எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் பிரிப்பான் ஆகியவற்றால் ஆனவை.

அனோட்: கிராஃபைட், கார்பன் பிளாக், லித்தியம் டைட்டனேட் (எல்.டி.ஓ), சிலிக்கான் மற்றும் கிராபெனின் ஆகியவை மிகவும் விரும்பப்படும் அனோட் பொருட்கள். பொதுவாக கிராஃபைட், அனோடாகப் பயன்படுத்தப்படும் செப்புப் படலத்தில் பூசப்பட்டிருக்கும். லித்தியம் அயனிகளின் சேமிப்பு ஊடகமாக செயல்படுவது கிராஃபைட்டின் பங்கு. விடுவிக்கப்பட்ட லித்தியம் அயனிகளின் மீளக்கூடிய இடைவெளியை கிராஃபைட்டில் எளிதில் செய்ய முடியும், ஏனெனில் அது தளர்வாக பிணைக்கப்பட்ட அடுக்கு அமைப்பு.

கத்தோட்: தூய லித்தியம் அதன் வெளிப்புற ஷெல்லில் ஒரு வேலன்ஸ் எலக்ட்ரானைக் கொண்டிருப்பது மிகவும் எதிர்வினை மற்றும் நிலையற்றது, இதனால் நிலையான லித்தியம் மெட்டல் ஆக்சைடு, அலுமினியத் தாளில் பூசப்பட்டிருக்கும். லித்தியம் மெட்டல் ஆக்சைடுகளான லித்தியம் நிக்கல் மாங்கனீசு கோபால்ட் ஆக்சைடு ("என்எம்சி", லினிக்ஸ்மினிகோசோ 2), லித்தியம் நிக்கல் கோபால்ட் அலுமினிய ஆக்சைடு ("என்சிஏ", லினிகோஅலோ 2), லித்தியம் மாங்கனீசு ஆக்சைடு ("எல்எம்ஓ", லிம்ன் 2 ஓஎஃப்)), லித்தியம் கோபால்ட் ஆக்சைடு (LiCoO2, "LCO") கத்தோட்களாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

எலக்ட்ரோலைட்: எதிர்மறை மற்றும் நேர்மறை மின்முனைகளுக்கிடையேயான எலக்ட்ரோலைட் ஒரு நல்ல அயனி கடத்தி மற்றும் ஒரு மின்னணு மின்தேக்கியாக இருக்க வேண்டும், அதாவது லித்தியம் அயனிகளை அனுமதிக்க வேண்டும் மற்றும் சார்ஜிங் மற்றும் வெளியேற்றும் செயல்பாட்டின் போது எலக்ட்ரான்களை அதன் மூலம் தடுக்க வேண்டும். எலக்ட்ரோலைட் என்பது கரிம கார்பனேட் கரைப்பான்களான எத்திலீன் கார்பனேட் அல்லது டைதில் கார்பனேட் மற்றும் லி-அயன் உப்புகளான லித்தியம் ஹெக்ஸாஃப்ளூரோபாஸ்பேட் (LiPF6), லித்தியம் பெர்க்ளோரேட் (LiClO4), லித்தியம் ஹெக்ஸாஃப்ளூரோஅர்சனேட் மோனோஹைட்ரேட் (LiAsF3), lithium tr3 டெட்ராஃப்ளூரோபோரேட் (LiBF4).

பிரிப்பான்: எலக்ட்ரோலைட்டில் பிரிப்பான் ஒரு முக்கியமான அங்கமாகும். கேத்தோடில் இருந்து லித்தியம் அயனிகளை அனோடிற்கு அனுமதிக்கும் அதே வேளையில் சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் செய்யும் போது அவற்றுக்கு இடையேயான குறுகிய சுற்றுவட்டத்தைத் தவிர்ப்பதற்கு இது அனோட் மற்றும் கேத்தோடு இடையே ஒரு மின்கடத்தா அடுக்காக செயல்படுகிறது. லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளில் பெரும்பாலும் பாலியோல்ஃபின் பிரிப்பானாக பயன்படுத்தப்படுகிறது.

கட்டணம்

சார்ஜிங் செயல்பாட்டின் போது, ​​பேட்டரி முழுவதும் ஒரு சக்தி மூலத்தை இணைக்கும்போது, ​​ஆற்றல் பெற்ற லித்தியம் அணு, நேர்மறை மின்முனையில் லித்தியம் அயனிகள் மற்றும் எலக்ட்ரான்களை வழங்குகிறது. இந்த லி-அயனிகள் எலக்ட்ரோலைட் வழியாகச் சென்று எதிர்மறை மின்முனையில் சேமிக்கப்படுகின்றன, அதே நேரத்தில் எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புற சுற்று வழியாக பயணிக்கின்றன. வெளியேற்ற செயல்பாட்டின் போது, ​​பேட்டரி முழுவதும் வெளிப்புற சுமைகளை நாம் இணைக்கும்போது, ​​எதிர்மறை மின்முனையில் சேமிக்கப்படும் நிலையற்ற லி-அயனிகள் நேர்மறை மின்முனையில் மெட்டல் ஆக்சைடுக்குச் சென்று எலக்ட்ரான்கள் சுமை வழியாகச் செல்கின்றன. இங்கே அலுமினியம் மற்றும் செப்பு படலம் தற்போதைய சேகரிப்பாளர்களாக செயல்படுகின்றன.

SEI உருவாக்கம்:

லி-அயன் பேட்டரிகளில், முதல் சார்ஜிங்கிற்கு, நேர்மறை மின்முனையால் கொடுக்கப்பட்ட லித்தியம் அயனியின் அளவு முதல் வெளியேற்றத்திற்குப் பிறகு மீண்டும் கத்தோடிற்கு பயணித்த லித்தியம் அயனிகளின் எண்ணிக்கையை விட குறைவாக உள்ளது. இது SEI (திட எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகம்) உருவாவதால் ஏற்படுகிறது. முதல் சில கட்டணம் மற்றும் வெளியேற்ற சுழற்சிகளுக்கு, எலக்ட்ரோலைட் எலக்ட்ரோடுடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது, ​​சார்ஜ் செய்யும் போது லித்தியம் அயனிகளுடன் சேர்ந்து ஒரு எலக்ட்ரோலைட்டில் உள்ள கரைப்பான்கள் மின்முனையுடன் வினைபுரிந்து சிதைவடையத் தொடங்குகின்றன. இந்த சிதைவு LiF, Li ₂ O, LiCl, Li ₂ CO ₃ கலவைகளை உருவாக்குகிறது. இந்த கூறுகள் எலக்ட்ரோடில் வீழ்ச்சியடைந்து திட எலக்ட்ரோலைட் இடைமுகம் (SEI) எனப்படும் சில நானோமீட்டர் தடிமனான அடுக்குகளை உருவாக்குகின்றன . இந்த செயலற்ற அடுக்கு எலக்ட்ரோடை அரிப்பு மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டின் மேலும் நுகர்வு ஆகியவற்றிலிருந்து பாதுகாக்கிறது, SEI இன் உருவாக்கம் இரண்டு நிலைகளில் நிகழ்கிறது.

SEI உருவாக்கத்தின் நிலைகள்:

SEI உருவாக்கம் முதல் நிலை நேர்மின்வாயை ஒரு லித்தியம் அயனிகள் சேர்த்து முன் நடைபெறுகிறது. இந்த கட்டத்தில், நிலையற்ற மற்றும் மிகவும் எதிர்க்கும் SEI அடுக்கு உருவாகிறது. SEI அடுக்கு உருவாக்கம் இரண்டாம் கட்டம் நேர்மின்வாயை மீது லித்தியம் அயனிகளின் இடைச் செருகல் ஒரேநேரத்தில் நடக்கிறது. இதன் விளைவாக வரும் SEI படம் நுண்துளை, கச்சிதமான, பன்முகத்தன்மை உடையது, எலக்ட்ரான்கள் சுரங்கப்பாதைக்கு இன்சுலேடிங் மற்றும் லித்தியம் அயனிகளுக்கு கடத்தும். SEI அடுக்கு உருவானதும், அது எலக்ட்ரோலைட் இயக்கத்தை செயலற்ற அடுக்கு வழியாக மின்முனைக்கு எதிர்க்கிறது. இதனால் இது எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் லித்தியம் அயனிகள், எலக்ட்ரோடில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் ஆகியவற்றுக்கு இடையிலான மேலும் எதிர்வினைகளைக் கட்டுப்படுத்துகிறது, இதனால் மேலும் SEI வளர்ச்சியைக் கட்டுப்படுத்துகிறது.

SEI இன் முக்கியத்துவம் மற்றும் விளைவுகள்

SEI அடுக்கு என்பது எலக்ட்ரோலைட்டில் மிக முக்கியமான மற்றும் குறைவாக புரிந்து கொள்ளப்பட்ட அங்கமாகும். SEI அடுக்கின் கண்டுபிடிப்பு தற்செயலானது என்றாலும், நீண்ட ஆயுள், நல்ல சைக்கிள் ஓட்டுதல் திறன், அதிக செயல்திறன், பாதுகாப்பு மற்றும் பேட்டரியின் நிலைத்தன்மைக்கு பயனுள்ள SEI அடுக்கு முக்கியமானது. சிறந்த செயல்திறனுக்கான பேட்டரிகளை வடிவமைப்பதில் SEI லேயரின் உருவாக்கம் முக்கியமான கருத்தாகும். எலக்ட்ரோடுகளில் நன்கு கடைபிடிக்கப்பட்ட SEI, எலக்ட்ரோலைட்டின் மேலும் நுகர்வு தடுப்பதன் மூலம் நல்ல சைக்கிள் ஓட்டுதல் திறனைப் பராமரிக்கிறது. SEI அடுக்கின் போரோசிட்டி மற்றும் தடிமன் சரியான டியூனிங் அதன் மூலம் லித்தியம் அயனிகளின் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துகிறது, இதன் விளைவாக பேட்டரி செயல்பாட்டை மேம்படுத்துகிறது.

SEI அடுக்கின் மீளமுடியாத உருவாக்கத்தின் போது, ​​ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் லித்தியம் அயனிகள் நிரந்தரமாக நுகரப்படுகின்றன. இவ்வாறு SEI உருவாகும் போது லித்தியம் அயனிகளின் நுகர்வு நிரந்தர திறனை இழக்கிறது. பல தொடர்ச்சியான கட்டணங்கள் மற்றும் வெளியேற்ற சுழற்சிகளுடன் SEI வளர்ச்சி இருக்கும், இது பேட்டரி மின்மறுப்பு, வெப்பநிலை உயர்வு மற்றும் மோசமான சக்தி அடர்த்தி ஆகியவற்றின் அதிகரிப்புக்கு காரணமாகிறது.

SEI இன் செயல்பாட்டு பண்புகள்

ஒரு பேட்டரியில் SEI தவிர்க்க முடியாதது. இருப்பினும், உருவாக்கப்பட்ட அடுக்கு பின்வருவனவற்றைக் கடைப்பிடித்தால் SEI இன் விளைவைக் குறைக்க முடியும்

• எலக்ட்ரோலைட்டுடன் எலக்ட்ரான்களின் நேரடி தொடர்பை இது தடுக்க வேண்டும், ஏனெனில் எலக்ட்ரோடுகளிலிருந்தும் எலக்ட்ரோலைட்டிலிருந்தும் எலக்ட்ரான்களுக்கு இடையேயான தொடர்பு எலக்ட்ரோலைட்டின் சிதைவு மற்றும் குறைப்பை ஏற்படுத்துகிறது.
• இது ஒரு நல்ல அயனி கடத்தியாக இருக்க வேண்டும். இது ஒரு எலக்ட்ரோலைட்டிலிருந்து லித்தியம் அயனிகளை மின்முனைகளுக்கு பாய அனுமதிக்க வேண்டும்
• இது வேதியியல் ரீதியாக நிலையானதாக இருக்க வேண்டும், அதாவது எலக்ட்ரோலைட்டுடன் வினைபுரிய முடியாது மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டில் கரையாததாக இருக்க வேண்டும்
• இது இயந்திரத்தனமாக நிலையானதாக இருக்க வேண்டும், அதாவது சுழற்சிகளை சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்றும் போது விரிவாக்கம் மற்றும் சுருக்க அழுத்தங்களை பொறுத்துக்கொள்ள அதிக வலிமை இருக்க வேண்டும்.
• இது பல்வேறு இயக்க வெப்பநிலை மற்றும் ஆற்றல்களில் நிலைத்தன்மையை பராமரிக்க வேண்டும்
• அதன் தடிமன் சில நானோமீட்டர்களுக்கு அருகில் இருக்க வேண்டும்

SEI ஐ கட்டுப்படுத்துதல்

கலத்தின் மேம்பட்ட செயல்திறன் மற்றும் பாதுகாப்பான செயல்பாட்டிற்கு SEI இன் உறுதிப்படுத்தல் மற்றும் கட்டுப்பாடு மிக முக்கியமானவை. மின்முனைகளில் ALD (அணு அடுக்கு படிவு) மற்றும் MLD (மூலக்கூறு அடுக்கு படிவு) பூச்சுகள் SEI வளர்ச்சியைக் கட்டுப்படுத்துகின்றன.

எலக்ட்ரோடு கட்டுப்பாடுகளில் 9.9 ஈ.வி பூச்சுடன் கூடிய அல் ₂ ஓ ₃ (ஏ.எல்.டி பூச்சு) மற்றும் மெதுவான எலக்ட்ரான் பரிமாற்ற வீதத்தால் SEI வளர்ச்சியை உறுதிப்படுத்துகிறது. இது எலக்ட்ரோலைட் சிதைவு மற்றும் லி-அயன் நுகர்வு ஆகியவற்றைக் குறைக்கும். அதே வழியில் அலுமினிய அல்கொக்ஸைடு, எம்.எல்.டி பூச்சுகளில் ஒன்று எஸ்.ஐ.ஐ லேயர் கட்டமைப்பைக் கட்டுப்படுத்துகிறது. இந்த ALD மற்றும் MLD பூச்சுகள் திறன் இழப்பைக் குறைக்கின்றன, கூலம்பிக் செயல்திறனை மேம்படுத்துகின்றன.