В Германии использование электромобилей, таких как электромобили или электронные велосипеды, постоянно увеличивается в последние годы. Это делает потребность в безопасных, долговечных и надежных устройствах накопления энергии, которые еще больше увеличивают электрическую мобильность. Поэтому производители фокусируются на разработке аккумуляторов с более длительным сроком службы и более длительным сроком службы. Однако причины старения и ухудшения характеристик батареи должны быть сначала выяснены, чтобы можно было принять возможные контрмеры.
Картинная галерея
Нелинейный, быстрый процесс старения
Из оставшейся емкости в 80% большинство аккумуляторов демонстрируют изменения в своем поведении: их кривая характеристик претерпевает заметный излом и начинается нелинейное быстрое старение. Чтобы выяснить причины этого процесса старения, Центр прикладной электрохимии исследовал использованные батареи первого поколения электромобилей в проекте «ABattReLife» и сравнил их со специально изготовленными лабораторными ячейками той же конструкции. Как использованные батареи, так и изготовленные в лаборатории элементы, которые подвергались контролируемому быстрому старению, прошли различные механические, термические и химические испытания, результаты которых затем использовали ZfAE для анализа изменений элементов. Для того, чтобы включить пространственно разрешенный экзамен,маленькие лабораторные ячейки были построены из разных частей электродов.
Два фактора, критических для перегибов производительности
Ученые обнаружили, что незадолго до снижения производительности небольшие участки катода были сильно повреждены в виде металлической литиевой завесы, известной как литиевое покрытие. В то время как положительный электрод почти не изменился, отрицательный графитовый электрод подвергся воздействию микротрещин, отложений и литиевого покрытия. Поскольку обшивка иногда необратима, процесс распространился на соседние участки, и срок службы батареи подошел к концу.
электромобильности
Вот как Bosch разрабатывает батарею будущего
Хранилище энергии
Исследователи увеличивают плотность энергии материалов для хранения лития
Два фактора особенно важны для осаждения лития на катоде и связанного с ним падения мощности: слишком быстрая зарядка приводит к осаждению металлического лития, так что все меньше и меньше лития доступно для дальнейших циклов зарядки. Во-вторых, ученые из Фраунгофера ISC смогли с помощью компьютерной томографии определить, что первоначально затронутые области были сжаты в большей степени разрядником, чем остальная батарея. Из этого можно сделать вывод, что механическое давление создает локальную перегрузку, которая приводит к огромным потерям лития и разрушает эту область. Таким образом, соответствующая конструкция ячейки усиливает или замедляет процесс старения. Такие механически незрелые батареи не подходят для возможного повторного использования, например, в качестве стационарного накопителя энергии.
Вторая жизнь
Система накопления и контроля энергии с электромобилями
Контролировать процесс зарядки точно в будущем
Например, для предотвращения литиевого покрытия могут быть построены аккумуляторные элементы, разрядники которых прикреплены таким образом, что можно избежать локальных пиков напряжения или давления. Поскольку слишком высокие скорости зарядки, слишком большие глубины разряда и слишком низкие температуры ускоряют процесс старения, процесс зарядки также следует точно контролировать, чтобы контролировать температуру, скорость и напряжение зарядки.
В дополнение к проведению анализов и испытаний батарей определенных типов, ZfAE исследует новые материалы и компоненты элементов для более мощных и долговечных батарей. Это включает в себя функциональные защитные покрытия для современных электродных материалов и материалов для будущих твердотельных батарей от органических неорганических гибридных полимеров до чистой стеклокерамики, которые предназначены для обеспечения высокой химической стабильности и, следовательно, более длительного срока годности. (Ш)
Центр прикладной электрохимии ZfAE, входящий в состав Института исследований силикатов им. Фраунгофера в Вюрцбурге, подробно представляет результаты своего анализа в «Журнале накопления энергии».