Hong Kong CityU EES: Betri e feto-fetohang ea lithium-ion e bululetsoeng ke manonyeletso a motho

Semelo sa Patlisiso

Tlhokahalo e ntseng e eketseha ea lihlahisoa tsa elektroniki e khothalelitse nts'etsopele e potlakileng ea lisebelisoa tsa polokelo tse feto-fetohang le tse nang le matla a phahameng lilemong tsa morao tjena. Libetri tsa lithium ion tse feto-fetohang (LIBs) tse nang le matla a phahameng a matla le ts'ebetso e tsitsitseng ea electrochemical li nkoa e le theknoloji e tšepisang ka ho fetisisa ea betri bakeng sa lihlahisoa tsa elektroniki tse ka roaloang. Leha tšebeliso ea li-electrode tse tšesaane tsa filimi le li-electrode tse thehiloeng ho polymer li ntlafatsa haholo ho tenyetseha ha li-LIB, ho na le mathata a latelang:

(1) Libetri tse ngata tse feto-fetohang li kentsoe "electrode-negative electrode-separator-positive electrode," 'me ho fokola ha tsona ho fokolang le ho thella pakeng tsa mekotla e mengata ho thibela ts'ebetso eohle ea LIBs;

(2) Tlas'a maemo a mang a boima haholo, joalo ka ho phutha, ho otlolla, ho tsoelipana, le ho senyeha ho rarahaneng, e ke ke ea tiisa ts'ebetso ea betri;

(3) Karolo ea leano la moralo e hlokomoloha deformation ea mokelli oa tšepe hona joale.

Ka hona, ka nako e ts'oanang ho fihlela sekhutlo sa eona se senyenyane sa ho kobeha, mekhoa e mengata ea deformation, ho tšoarella ho matla ha mochini, le matla a phahameng a matla a ntse a tobane le mathata a mangata.

Selelekela

Haufinyane tjena, Moprofesa Chunyi Zhi le Dr. Cuiping Han oa Univesithi ea Motse oa Hong Kong ba ile ba hatisa pampiri e nang le sehlooho se reng "Morero oa tlhophiso o bululetsoeng oa batho bakeng sa betri e kobehang/e phuthoang/e otlollang/e sothehang: ho finyella ho holofala ka makhetlo a mangata" ho Energy Environ. Sci. Mosebetsi ona o ile oa bululeloa ke sebopeho sa manonyeletso a batho 'me o entse mofuta oa li-LIB tse tenyetsehang tse tšoanang le tsamaiso e kopanetsoeng. Ho ipapisitsoe le moralo ona o mocha, betri e lokisitsoeng, e tenyetsehang e ka fihlella matla a mangata a matla mme ea kobeha kapa ea menwa ho 180 °. Ka nako e ts'oanang, sebopeho sa sebopeho se ka fetoloa ka mekhoa e fapaneng ea ho tsoelipana e le hore li-LIB tse tenyetsehang li be le bokhoni bo bongata ba deformation, li ka sebelisoa ho mefokolo e matla le e rarahaneng (ho sotha le ho sotha), 'me e ka otlolloa,' me bokhoni ba bona ba ho holofala bo ka sebelisoa. ho feta litlaleho tse fetileng tsa li-LIB tse tenyetsehang. Finite Element simulation analysis e netefalitse hore betri e entsoeng pampiring ena e ke ke ea fetoha e ke keng ea fetoloa ea moqokelli oa tšepe oa hona joale tlas'a mefokolo e fapaneng e thata le e rarahaneng. Ka nako e ts'oanang, betri ea yuniti e kopaneng e ka fihlela matla a matla a fihlang ho 371.9 Wh/L, e leng 92.9% ea betri e tloaelehileng ea pakete e bonolo. Ho phaella moo, e ka boloka ts'ebetso e tsitsitseng ea potoloho esita le ka mor'a linako tse fetang 200,000 tsa ho kobeha ho matla le linako tsa 25,000 tsa ho sotha ho matla.

Lipatlisiso tse ling li bonts'a hore sele e kopaneng ea cylindrical unit cell e khona ho mamella ho holofala ho matla le ho rarahaneng. Kamora ho otlolla ho matla ho fetang 100,000, li-twist tse 20,000, le ho kobeha ha 100,000, e ntse e ka fihlela boemo bo phahameng ba ho feta 88% - sekhahla sa ho boloka. Ka hona, li-LIB tse feto-fetohang tse hlahisitsoeng pampiring ena li fana ka tebello e kholo ea ts'ebeliso ea lisebelisoa tsa elektronike tse ka aparoang.

Lintlha tsa bohlokoa tsa lipatlisiso

1) Li-LIB tse feto-fetohang, tse bululetsoeng ke manonyeletso a batho, li ka boloka ts'ebetso e tsitsitseng ea potoloho tlas'a ho kheloha, ho sotha, ho otlolla le ho senya;

(2) Ka betri ea square flexible, e ka fumana matla a matla a fihlang ho 371.9 Wh/L, e leng 92.9% ea betri ea setso e bonolo;

(3) Mekhoa e fapaneng ea matsoelintsoeke e ka fetola sebopeho sa sethala sa betri mme sa fa betri ho holofala ho lekaneng.

Tataiso ea litšoantšo

Lipatlisiso li bonts'itse hore, ntle le ho netefatsa matla a matla a matla le ho senyeha ho thata haholoanyane, moralo oa sebopeho o tlameha ho qoba deformation ea polasetiki ea mokelli oa hona joale. Ketsiso e fokolang ea lintho e bonts'a hore mokhoa o motle ka ho fetisisa oa mokelli oa hona joale e lokela ho ba ho thibela mokelli oa hona joale hore a se ke a ba le radius e nyane ea ho kobeha nakong ea ts'ebetso ea ho koba ho qoba deformation ea polasetiki le tšenyo e ke keng ea etsolloa ea mokelli oa hona joale.

Setšoantšo sa 1a se bonts'a sebopeho sa manonyeletso a motho, moo sebopeho se seholo se kobehileng ka bohlale se thusang manonyeletso ho potoloha hantle. Ho ipapisitsoe le sena, Setšoantšo sa 1b se bonts'a anode e tloaelehileng ea graphite anode/diaphragm/lithium cobaltate (LCO), e ka kenngoa ka har'a sebopeho sa square thick stack. Ha mateano a kopana, e na le liqubu tse peli tse teteaneng tse thata le karolo e tenyetsehang. Habohlokoa le ho feta, stack e teteaneng e na le bokaholimo bo kobehileng bo lekanang le sekoaelo sa masapo a kopaneng, se thusang khatello ea buffer le ho fana ka matla a mantlha a betri e tenyetsehang. Karolo ea elastic e sebetsa e le ligament, e kopanyang mekotla e teteaneng le ho fana ka ho feto-fetoha ha maemo (Setšoantšo sa 1c). Ntle le ho phunyeletsa ka har'a qubu ea lisekoere, libeteri tse nang le lisele tsa cylindrical kapa triangular li ka boela tsa etsoa ka ho fetola mokhoa oa ho pota-pota (Setšoantšo sa 1d). Bakeng sa li-LIB tse feto-fetohang tse nang le likarolo tsa polokelo ea matla a lisekoere, likarolo tse hokahaneng li tla thella holim'a bokaholimo ba sebopeho sa arc nakong ea ts'ebetso ea ho kobeha (Setšoantšo sa 1e), ka hona ho eketsa matla a matla a betri e feto-fetohang. Ntle le moo, ka encapsulation ea elastic polymer, li-LIB tse tenyetsehang tse nang le li-cylindrical units li ka fihlela thepa e otlollang le e tenyetsehang (Setšoantšo sa 1f).

Setšoantšo sa 1 (a) Moralo oa khokahanyo e ikhethang ea ligament le sebaka se kobehileng ke sa bohlokoa ho finyella ho feto-fetoha ha maemo; (b) Setšoantšo sa moralo oa sebopeho sa betri se tenyetsehang le ts'ebetso ea tlhahiso; (c) lesapo le lumellana le stack e teteaneng ea electrode, 'me ligament e lumellana le e sa phutholohang (D) Sebopeho sa betri se feto-fetohang se nang le lisele tsa cylindrical le triangular; (e) Stacking schematic diagram tsa lisekoere lisele; (f) Ho otlolla deformation ea lisele tsa cylindrical.

Tšebeliso e eketsehileng ea tlhahlobo ea ketsiso ea mechine e tiisitse botsitso ba sebopeho sa betri se tenyetsehang. Setšoantšo sa 2a se bontša khatello ea maikutlo ea foil ea koporo le ea aluminium ha e kobelloa ka har'a silindara (180° radian). Liphello li bontša hore khatello ea kelello ea koporo le aluminium foil e tlaase haholo ho feta matla a lihlahisoa tsa bona, e leng se bontšang hore ho senyeha hona ho ke ke ha baka deformation ea polasetiki. Mokelli oa tšepe oa hona joale a ka qoba tšenyo e ke keng ea etsolloa.

Setšoantšo sa 2b se bonts'a kabo ea khatello ea maikutlo ha tekanyo ea ho kobeha e ntse e eketseha, 'me khatello ea foil ea koporo le foil ea aluminium le eona e ka tlase ho matla a bona a lihlahisoa a lumellanang. Ka hona, sebopeho se ka mamella deformation ea ho mena ha se ntse se boloka nako e telele. Ntle le ho koba deformation, tsamaiso e ka finyella tekanyo e itseng ea ho sotha (Figure 2c).

Bakeng sa libeteri tse nang le li-cylindrical units, ka lebaka la litšobotsi tsa tlhaho tsa selikalikoe, li ka finyella deformation e matla le e rarahaneng. Ka hona, ha betri e phuthetsoe ho 180o (Figure 2d, e), e otlolloa hoo e ka bang 140% ea bolelele ba pele (Figure 2f), 'me e sothehile ho 90o (Figure 2g), e ka boloka botsitso ba mechine. Holim'a moo, ha ho kobeha + ho sotha le ho sotha deformation ho sebelisoa ka thoko, sebopeho sa LIBs se etselitsoeng se ke ke sa baka deformation ea polasetiki e ke keng ea fetoloa ea moqokelli oa tšepe oa hona joale tlasa mefokolo e fapaneng e matla le e rarahaneng.

Setšoantšo sa 2 (ac) Liphetho tse felletseng tsa ketsiso ea sele e sekwere tlas'a ho kobeha, ho phutha le ho sotha; (di) Liphetho tse felletseng tsa ketsiso ea sele ea cylindrical tlasa ho kobeha, ho phutha, ho otlolla, ho sotha, ho kobeha + ho sotha le ho tsoelipana.

Ho lekola ts'ebetso ea electrochemical ea betri e feto-fetohang e etselitsoeng, LiCoO2 e ile ea sebelisoa e le lisebelisoa tsa cathode ho lekola bokhoni ba ho tsoa le botsitso ba potoloho. Joalokaha ho bontšitsoe setšoantšong sa 3a, matla a ho ntša betri e nang le lisele tse lisekoere ha a fokotsehe haholo ka mor'a hore sefofane se holofale hore se kobehe, se lla, se phuthoe, 'me se sothehe ho 1 C magnification, e leng se bolelang hore ho senyeha ha mechine ho ke ke ha baka moralo oa betri e fetohang ho ba electrochemically Performance drops. Esita le ka mor'a ho kobeha ho matla (Setšoantšo sa 3c, d) le torsion e matla (Setšoantšo sa 3e, f), 'me ka mor'a palo e itseng ea lipotoloho, sethala sa ho tjhaja le ho lahla le ts'ebetso ea nako e telele ha e na liphetoho tse bonahalang, ho bolelang hore sebopeho sa ka hare betri e sirelelitsoe hantle.

Setšoantšo sa 3 (a) Teko ea tefiso le ho lahla ea betri ea square unit tlas'a 1C; (b) Ho tjhaja le ho ntsha curve tlasa maemo a fapaneng; (c, d) Tlas'a ho kobeha ho matla, ts'ebetso ea potoloho ea betri le tefiso e tsamaellanang le curve ea ho tsoa; (e, f) Tlas'a dynamic torsion, ts'ebetso ea potoloho ea betri le curve e tsamaellanang le chaji-charge tlas'a lisekese tse fapaneng.

Liphetho tsa tlhahlobo ea papiso li bonts'a hore ka lebaka la litšoaneleho tsa tlhaho tsa selikalikoe, li-LIB tse tenyetsehang tse nang le likarolo tsa cylindrical li ka mamella ho holofala ho feteletseng le ho rarahaneng. Ka hona, ho bonts'a ts'ebetso ea electrochemical ea li-LIB tse feto-fetohang tsa cylindrical unit, tlhahlobo e ile ea etsoa ka tekanyo ea 1 C, e bontšang hore ha betri e e-na le mefuta e sa tšoaneng ea ho senyeha, ho batla ho se na phetoho ea ts'ebetso ea electrochemical. The deformation e ke ke ea etsa hore sekhahla sa motlakase se fetohe (Setšoantšo sa 4a, b).

Ho tsoela pele ho hlahloba botsitso ba electrochemical ea betri ea cylindrical le ho tšoarella ha mechine, e ile ea beha betri tekong e matla ea mojaro o itekanetseng ka tekanyo ea 1 C. Lipatlisiso li bontša hore ka mor'a ho otlolla ka matla (Setšoantšo sa 4c, d), torsion e matla (Setšoantšo sa 4e, f) , le ho kobeha ho matla + torsion (Setšoantšo sa 4g, h), ts'ebetso ea potoloho ea ts'ebetso ea betri le sekhahla sa motlakase se tsamaisanang le sona ha se amehe. Setšoantšo sa 4i se bonts'a ts'ebetso ea betri e nang le sebaka sa polokelo ea matla a mebala-bala. The discharge capacity decays from 133.3 mAm g-1 to 129.9 mAh g-1, and the capacity capacity per cycle is only 0.04%, e bontšang hore deformation e ke ke ea ama potoloho ea eona botsitso le ho lahla matla.

Setšoantšo sa 4 (a) Teko ea potoloho ea tefiso le ho ntša litlhophiso tse fapaneng tsa lisele tsa cylindrical ho 1 C; (b) Tefiso e tsamaellanang le li-curve tsa betri tlas'a maemo a fapaneng; (c, d) Ts'ebetso ea potoloho le tjhaja ea betri tlas'a khatello e matla Discharge curve; (e, f) ts'ebetso ea potoloho ea betri tlas'a torsion e matla le curve e tsamaellanang le chaji-charge tlas'a lisekeeke tse fapaneng; (g, h) ts'ebetso ea potoloho ea betri tlas'a ho kobeha ho matla + torsion le curve e tsamaellanang ea tjhaja tlas'a lipotoloho tse fapaneng; (I) Teko ea ho tjhaja le ho ntša li-betri tsa prismatic unit tse nang le litlhophiso tse fapaneng ho 1 C.

Ho lekola ts'ebeliso ea betri e feto-fetohang e ntlafalitsoeng ts'ebetsong, mongoli o sebelisa libeteri tse felletseng tse nang le mefuta e fapaneng ea lisebelisoa tsa polokelo ea matla ho matlafatsa lihlahisoa tse ling tsa elektronike tsa khoebo, joalo ka li-earphone, li-smartwatches, li-fans tsa motlakase tse nyane, lisebelisoa tsa litlolo le lifono tse bohlale. Ka bobeli li lekane bakeng sa ts'ebeliso ea letsatsi le letsatsi, li kenyelletsa ka botlalo bokhoni ba ts'ebeliso ea lihlahisoa tse fapaneng tsa elektroniki tse tenyetsehang le tse aparoang.

Setšoantšo sa 5 se sebelisa betri e etselitsoeng li-earphone, li-smartwatches, lifani tsa motlakase tse nyane, lisebelisoa tsa litlolo le li-smartphone. Betri e feto-fetohang e fana ka matla bakeng sa (a) li-earphone, (b) lioache tse bohlale, le (c) lifenehi tse nyane tsa motlakase; (d) fana ka matla bakeng sa thepa ea litlolo; (e) tlas'a maemo a fapaneng a deformation, betri e tenyetsehang e fana ka matla bakeng sa li-smartphone.

Kakaretso le pono

Ka kakaretso, sehlooho sena se bululetsoe ke sebopeho sa manonyeletso a batho. E fana ka tlhahiso ea mokhoa o ikhethileng oa ho etsa betri e feto-fetohang e nang le matla a mangata, ho holofala hangata, le ho tšoarella nako e telele. Ha ho bapisoa le li-LIB tsa setso tse feto-fetohang, moralo ona o mocha o ka qoba ho senyeha ha polasetiki ea mokelli oa tšepe oa hajoale. Ka nako e ts'oanang, libaka tse kobehileng tse bolokiloeng lipheletsong tse peli tsa polokelo ea matla tse entsoeng pampiring ena li ka imolla ka katleho khatello ea sebaka sa likarolo tse hokahaneng. Ntle le moo, mekhoa e fapaneng ea matsoelintsoeke e ka fetola sebopeho sa stack, e fa betri deformability e lekaneng. Betri e feto-fetohang e bonts'a botsitso ba potoloho le ho tšoarella ha mochini ka lebaka la moralo o mocha mme e na le tebello e pharalletseng ea ts'ebeliso lihlahisoa tse fapaneng tsa elektroniki tse tenyetsehang le tse aparoang.

Sehokelo sa lingoliloeng

Moralo oa moralo o bululetsoeng oa motho bakeng sa betri e ka kobehang / e phuthoang / e otlollang / e sothehang: ho fihlella ho holofala ha makhetlo a mangata. (Tikoloho ea Matla. Sci., 2021, DOI: 10.1039/D1EE00480H)