Сколько электролита в аккумуляторе 62: Сколько литров электролита в сухой батарее

Содержание

объем АКБ 55 и 60

Аккумулятор — это один из двух источников тока, которые питают энергией каждый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Для его зарядки на машине установлен генератор. Эти элементы работают поочерёдно. Чтобы генератор надёжно работал, необходим электролит. В инструкции точно указано, сколько электролита в аккумуляторе. 60 а/ч — это показатель ёмкости. Автомобильная батарея с такой характеристикой может давать ток силой в три ампера в течение 20 часов. Полная маркировка этой батареи — 6 ст-60.

Накопитель электричества в автомобиле

Современные машины с бензиновым и дизельным двигателем комплектуются свинцово-кислотной аккумуляторной батареей, которая состоит из свинцовых электродов и электролита. Как правило, АКБ, предназначенная для легковых автомобилей, состоит из 6 элементов, соединённых последовательно. Каждое из звеньев имеет электродвижущую силу порядка 2,1 вольта.

Легко посчитать, что номинальное напряжение батареи составляет 12,6 вольта, количество электролита в аккумуляторе 60 составляет около трёх литров, АКБ 132 около десяти литров.

Основным параметром аккумулятора является его ёмкость, выраженная в ампер-часах (Ah) и пусковой ток амперах (А). Ёмкость зависит от режима разряда, в связи с этим внесена норма для расчёта 10 часов, т. е. батарея 55 Ah разрядится в течение 10 часов, при расходе тока 5,5 ампер, а объем электролита в аккумуляторе 55 примерно 2,5 литра.

Источник тока в машине обеспечивает электроэнергией электрические приборы, датчики, светильники во время стоянки (когда двигатель не работает) или при слишком малой частоте вращения коленчатого вала. Таким образом, понятно, что, когда заводится машина, стартер и система зажигания используют ток только от стационарного источника питания. Более того, именно он позволяет, например, прослушивать радио во время стоянки автомобиля. Во время езды её роль заканчивается, единственным источником тока является генератор.

Об аккумуляторах часто вспоминают во время зимы с наступлением сильных морозов, ибо он разочаровывает многих водителей, когда температура падает до нескольких градусов ниже нуля. Это происходит потому, что при морозах ёмкость накопителя резко уменьшается, вызывая проблемы с запуском двигателя. В экстремальных условиях может произойти замерзание кислотного раствора, что необратимо повредит аккумулятор.

Когда-то существовал обычай, что во время морозов и низких температур, водитель снимал с автомобиля аккумулятор во время стоянки и забирал его на ночь в тёплое помещение, а устанавливал только непосредственно перед поездкой.

В наше время, некоторые производители не рекомендуют самостоятельное вмешательство в батарею, ибо отключение может привести к повреждению электроники и стиранию памяти драйверов.

Функции электролита

Аккумуляторная батарея заполняется на 37% электролитом. Без сомнения, можно сделать вывод, что он необходим для нормального функционирования источника питания автомобиля. Поэтому у свинцово-кислотного раствора необходимо постоянно контролировать:

плотность;
уровень;
чистоту.

При падении уровня электролита может произойти открытие пластин, а это чревато сульфатацией, при этом они значительно потеряют свои свойства. Особенно это опасно при проблеме с зажиганием, продолжительном периоде простоя автомобиля, эксплуатации в зимний период. В долгосрочной перспективе это приведёт к рассыпанию пластин и необратимому повреждению аккумулятора.

Если есть доступ к специальным отверстиям, через которые можно долить дистиллированную воду, необходимо их открыть и проверить состояние пластин и уровень раствора. Если возникли проблемы необходимо привести в норму показатели электролита. Просто долить немного дистиллированной воды, чтобы слегка покрыть пластины.

Следует иметь в виду, что доступ к ним затруднён и возможен только через длинное и узкое отверстие. Теоретически можно приобрести шприц и попытаться восполнить недостаток, но лучше обратиться в специализированную мастерскую и провести полное обслуживание батареи.

Поддержка специалистов

Отсутствие доступа к банкам не означает, что аккумулятор нельзя обслужить. Мастера сервисного центра его протестируют и в случае надобности попытаются восстановить. Это не сложная операция, но, без сомнения, требует много времени и практики.

Не стоит недооценивать низкий уровень электролита в аккумуляторе, даже когда кажется, что он незначительно ниже нормы. Однако это в значительной степени влияет на работу аккумулятора, только профессионалы знают сколько нужно электролита в 60 аккумулятор, поэтому им можно доверить этот капризный узел автомобиля, какой часто приносит сюрпризы.

Каковы действия автовладельца, когда выяснилось, что аккумулятор требует зарядки. Для этого необходимо помнить о некоторых правилах:

Во-первых, сначала отсоединить отрицательный, а затем положительный полюсы.
Во-вторых, при демонтаже не наклонять батарею, чтобы уменьшить риск утечки электролита.
Подключив аккумулятор к зарядному устройству, рекомендуется заряжать его в помещении с хорошей вентиляцией, потому что в процессе зарядки выделяется водород и кислород.

Как правило, он заряжается несколько часов, чтобы не было перезарядки лучше использовать выпрямитель, который автоматически отрегулирует процесс и время зарядки.

В автомагазинах продаются аккумуляторы, которые не требуют обслуживания. Выражение «отсутствие необходимости в обслуживании» означает, что в этом приборе меньше убыли электролита по сравнению с традиционным кислотным аккумулятором.

Но это не освобождает пользователя от ухода за ним и соблюдения основных правил его эксплуатации.

Часто неопытные владельцы легковых машин устанавливают на них аккумулятор ёмкостью выше, чем рекомендует производитель. Например, вместо рекомендованного 6 ст-55 устанавливают 6 ст-75, зная, сколько электролита в аккумуляторе 75, но не понимают, что он слишком большой и будет заведомо не полностью заряженный, поэтому износится быстрее, чем его меньший аналог.

Как обращаться с аккумулятором

Для того чтобы накопитель электрического тока служил долго необходимо соблюдать некоторые рекомендации от специалистов:

Зимой, перед запуском двигателя выключить все ненужные электрические приборы (радио, свет, вентилятор).
Не нагружать источник тока длительным вращением стартёра. Производить короткие, до пяти секунд интервалы и между отдельными пробами дать ему отдохнуть около половины минуты.
Помнить о нажатии на сцепление во время этого действия, это существенным образом облегчит вращение коленчатого вала двигателя.
При эксплуатации автомобиля в городском режиме, иногда стоит выполнить более длинную поездку, чтобы аккумулятор имел возможность полностью зарядиться.

Правильная зарядка

Это ненормально, когда машину невозможно запустить без помощи извне. Энергетический баланс транспортного средства должен быть постоянным. Зарядка батареи во время работы двигателя должна проводиться исправно, а генератор вырабатывать столько тока, сколько потребляет авто.

Однако на практике это не всегда так. Поэтому один и тот же аккумулятор на одной машине, работает без проблем даже 8 лет, а на другой уже второй зимний сезон часто подводит водителя. Это потому что аккумулятор, во-первых, не терпит постоянной неполной зарядки, а во-вторых, неэкономно используется ток, например, музыка, свет во время стоянки.

Ничто так не вредит батарее, как частые и длительные разрядки, заниженный заряд или перезаряд. Во всех этих случаях причиной может быть слишком слабый или слишком сильный ток зарядки. Это легко проверить в мастерской, и просто исправить. Берегите свой аккумулятор, для этого выполняйте рекомендации профессионалов:

Не приближаться с огнём во время зарядки, есть опасность вспышки выделяемого водорода.
Нельзя соединять полюса куском металла.
Оставлять автомобиль без подзарядки накопителя на период более двух месяцев рискованно.
Надёжно крепить батарею к кузову автомобиля.
Перегружать прибор, заряжая слишком большим током или напряжением запрещено.
Эксплуатировать слишком большим потреблением тока стартёром.

Нельзя надевать клемы на аккумулятор, ударяя сверху. Необходимо раскрутить винт, разогнуть отвёрткой посадочное место на кабеле, аккуратно надеть на электрод.

Выбор аккумуляторной батареи

Если источник энергии в машине разочаровывает все чаще и чаще, скорее всего, единственным выходом из ситуации является покупка нового. Консультанты сервиса по ремонту авто рекомендуют выбрать продукцию известных, авторитетных производителей, которые обеспечивают качество и простота в использовании, например, аккумулятор 6 ст-62, у него ёмкость 62 а/ч, а пусковой ток 550 а/ч, сколько электролита в аккумуляторе 62 указано в инструкции по эксплуатации от производителя.

Чаще всего на легковой автомобиль устанавливают накопительный прибор 6 ст-60, у него ёмкость 60 а/ч, сколько литров электролита в аккумуляторе 60, можно найти в паспорте изделия.

Первым этапом выбора является определение правильной технологии. В настоящее время на рынке существует три основных типа аккумуляторов. Батарея с жидким электролитом. Это традиционная конструкция, которая устанавливается на машины, водителями, совершающими поездки на длинные расстояния. Аккумуляторные батареи AGM. Эти батареи отлично служат водителям автомобилей с гибридным приводом, которые эксплуатируются интенсивно.

Гелевые источники постоянного тока отличаются применением силикагеля, который уплотняет электролит. Они находят применение там, где требуется длительное питание — например, в домах-фургонах, но не подходят для применения в качестве стартерных аккумуляторов.

Страница не найдена — Энциклопедия аккумуляторов

Автомобильные

Первые корейские аккумуляторы, качество которых соответствовало мировым стандартам, были выпущены в 1952 году. Большая

Для телефонов

Чтобы современные гаджеты неожиданно не подвели Вас, стоит приобрести внешний акумулятор и носить его

Литиевые

Аккумуляторы, называемые «полимерными», в основном основаны на литиево-ионной технологии, в которой вместо жидкого электролита

Для телефонов

В современных смартфонах устанавливаются литий-ионные АКБ. Они имеют не только ряд преимуществ перед другими

Батарейки

Большинство историков считают, что разработка батареек началась в конце XVIII века. Теме не менее,

Обзор

Каждый новичок-автолюбитель старается выбрать АКБ с лучшими характеристиками. Но выгодность аккумуляторов зависит иногда от

Страница не найдена — Энциклопедия аккумуляторов

Автомобильные

Подбирая автомобильный аккумулятор, нужно учитывать, что они могут быть обслуживаемыми и необслуживаемыми. Чаще всего

Литиевые

Литий-ионные аккумуляторы типоразмера 18650 едва ли не обогнали по популярности обычные пальчиковые батарейки. От

Автомобильные

Днепропетровская компания ISTA, которая сегодня занимается производством и выпуском автомобильных аккумуляторов, появилась в 1992

Автомобильные

Беспроблемность эксплуатации аккумулятора автомобиля во многом будет зависеть от правильности ухода за АКБ. Автовладельцу

Автомобильные

Основная задача аккумуляторной батареи (АКБ) — подавать ток на стартер для запуска двигателя. Если

Автомобильные

Важным элементом любого самоходного транспортного средства является аккумуляторная батарея, принимающая участие в передвижении. Без

Сколько электролита в аккумуляторе 60 ампер часов

АВТОМОБИЛЬНЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

Тип батареи

Номинальное напряжение, В

Номинальная емкость при 20 часовом режиме разряда, А-ч

Разрядный ток, А

Габаритные размеры, мм

Масса, кг

Количество электролита на 1 батарею, л

длина

ширина

высота

с электролитом

без электролита

В обозначении буквы и цифры означают:

Аккумуляторные батареи отличаются емкостными характеристиками: 55ah, 60ah, 70ah, 44ah и технологией производства. Индикация ампер-часов (Ah) измеряет емкость аккумулятора – количество тока, которое принято при постоянной температуре 27° C в течение 20 часов до напряжения 1,75 вольт на ячейку батареи. Какие технологии используют в АКБ, содержимое батарей – об этом узнаете ниже.

Характеристики аккумуляторной батареи зависят от материала пластины

Кальций (CA + / Ca-). Преимущества:

низкое потребление воды,
безопасность при авариях,
низкий уровень саморазряда.

Кальциевые батареи рекомендуют, если батарея установлена в моторном отсеке и поэтому подвержена воздействию высоких температур или установлена в труднодоступном месте. В новых автомобилях производители теперь используют 90% этого типа батареи.

Гибрид (сурьма + / CA-). Высокое потребление воды по сравнению с чистыми батареями кальция. Время от времени дистиллированную воду пополняют. Таким образом, этот тип аккумулятора распознают по наличию пробки для долива воды. Для дорогих брендовых АКБ потребление воды практически сводится к 0.

Узнай время зарядки своего аккумулятора

Пластины сурьма (сурьма + / сурьма) Редко используется как стартерная батарея. Высокая прочность цикла, но ограниченный ток холодного пуска. Необходимо частое наполнение водой.

АКБ обслуживаемого типа

Из перечисленных выше, рассмотрим АКБ обслуживаемого типа – (сурьма + / Cа- ) и (сурьма + / сурьма – ) свинцово-кислотные батареи, где за счет химической реакции серной кислоты, воды, свинца на электродах батареи образуются электрические заряды. При этом часть химических веществ теряют массу. В большей степени это касается воды.

Снижение уровня электролита в банках аккумулятора происходит за счет уменьшения объема воды. Концентрация серной кислоты при этом не снижается, а может увеличится. Вот почему при отсутствии утечек электролита в банки аккумулятора добавляют дистиллированную воду, чтобы закрыть верхний край пластин на 3-5 мм или до контрольной отметки.

Значение заряда АКБ и плотности электролита

Поскольку уровень заряда батареи будет зависеть от количественного состава химических элементов, участвующих в электролизе, логично предположить, что размеры пластин, вместимость банок – будут отличаться. Если сравнить 45Ah и 75Ah аккумуляторы, то геометрические размеры и вес последнего будут больше.

Свинцово-кислотные обслуживаемые батареи лучше хранятся в сухом виде, не заправленные электролитом. Так будет происходить окисление пластин, но это гораздо меньше, чем потеря массы пластин во время химической реакции. Электролит, если готовить самостоятельно, смешивают в рекомендованных пропорциях.

О заправке АКБ электролитом

Аккумуляторные заводы дают инструкцию по заправке АКБ. В автомагазинах продают уже готовые электролиты и дистиллированную воду. Воспользуйтесь таблицей для получения 1л электролита.

Требуемая плотность электролита, г/см 3 приведенная к температуре 25°С	Исходное количество воды, л	Требуемое количество кислоты в л плотностью 1,4г/см 3 при температуре 25°С
1,22	0,490	0,522
1,23	0,463	0,549
1,24	0,436	0,576
1,25	0,410	0,601
1,26	0,383	0,628
1,27	0,357	0,652
!,28	0,330	0,680
1,29	0,302	0,705

Узнать плотность электролита в АКБ можно ареометром. Как пользоваться указано в прилагаемой инструкции. В зависимости от температуры делается поправка. Если, например, +15°С, то поправка 0, затем на каждые 15 градусов вверх или вниз делается поправка на 0,01г/см3, например, при – 15°С поправку делают – 0,02г/см3.

Раствор электролита готовят из расчета объема, указанного в паспорте. В АКБ 50Ah, 75Ah, 90Ah, 190Ah объем электролита примерно составит 2,5л, 4л, 5л, 10л. Зависит от производителя.

В действительности, уход за обслуживаемыми АКБ, заключается в проверке плотности электролита и заряженности батареи. Надо хотя бы раз в год, в особенности при подготовке к зиме, проверять уровень и плотность электролита, а если АКБ со стажем, то и чаще.

Внимание! Во время работы с электролитом соблюдайте меры предосторожности: работайте в очках и перчатках в проветриваемом помещении. Добавляйте кислоту в воду, а не наоборот. При попадании раствора на кожу, обильно промойте участок проточной водой с добавлением пищевой соды. Используйте посуду стойкую к кислоте: стекло, керамика, эбонит, пластик.

Если обнаружили, что уровень электролита упал ниже контрольной отметки, проделайте следующее:

Снимите аккумулятор и занесите в теплое проветриваемое помещение.
Добавьте дистиллированную воду до отметки уровня: на 3-5 мм сверху пластин.
Зарядным устройством зарядите аккумулятор.
Если после этого плотность ниже нормы, например, 1,19 – 1,21г/см3, то добавьте электролит, который продается уже в готовом виде плотностью 1,34 – 1,40г/см3. Для этого откачайте грушей электролит из банки и влейте туда свежий.
Внимание! Ни в коем случае не переворачивайте АКБ вверх дном, возможно замыкание пластин отслоившимися кусочками свинца со дна аккумуляторной банки.
Проделайте эту операцию с другими банками, доведя плотность до нормальной. Для умеренного климата 1,25 – 1,27г/см3. Для суровых условий плотность 1,29г/см3.
Опять зарядите аккумулятор 10% — током Ah аккумулятора, например, если это 60Ah, то ток зарядки сделайте 6А.

Следите за зарядкой, не допускайте разрядов, поддерживайте уровень электролита в банках АКБ. Не допускайте саморазряда аккумулятора, который возможен при неисправностях электропроводки, не плотных контактах, утечках заряда по грязному корпусу аккумулятора. Продлите жизнь АКБ выше гарантийного срока.

Как показывает практика далеко не каждый, кто интересуется вопросом, сколько электролита в аккумуляторе, знает, что вообще такое электролит и зачем он нужен, поэтому сейчас вы получите ответы на все озвученные вопросы. Итак, обо всем по порядку.

Что такое электролит и зачем он вообще нужен?

Если вы уже успели прочитать на нашем портале статью: «Какая кислота в аккумуляторе автомобиля», то общее представление об электролите вы уже имеете. Если нет – разъясняем.

Электролит – это раствор серной кислоты и простой дистиллированной воды. Им в нужной концентрации и объеме заполняют свинцово-кислотные аккумуляторные батареи для того, чтобы те благодаря химическим процессам происходящим с этим раствором могли хранить энергию. Отсюда, если концентрация или количество электролита в АКБ уменьшается, она перестает справляться в полной мере со своими обязанности и начинает нуждаться в замене или восстановлении. В последнем случае перед автомобилистами как раз и встает вопрос: сколько электролита должно быть в аккумуляторе.

Итак, сколько электролита должно быть в АКБ?

То, сколько электролита должна содержать аккумуляторная батарея автомобиля для максимально эффективной своей работы, напрямую определяется ее емкостью. Конечно, в зависимости от производителя возможна некоторая разбежка, но в целом объем электролита для аккумуляторов разной емкости будет следующим:

55 А·ч – 2,5 л +/- 100 г;
60 А·ч – 2,7-3 л;
62 А·ч – около 3 л;
65 А·ч – около 3,5 л;
75 А·ч – 3,7-4 л;
90 А·ч – 4,4-4,8 л;
190 А·ч – порядка 10 л.

Но это лишь примерный литраж, он нужен больше для справки перед походом в магазин. В процессе же восстановления аккумулятора нужно ориентироваться не на него, а на особые метки, присутствующие на корпусе последнего. Теперь подробнее.

Какой должен быть уровень электролита в аккумуляторе?

Если в вашем аккумуляторе присутствует шкала с минимумом и максимумом, то вопрос, до какого уровня следует заливать электролит, решается очень просто – по верхнюю черту, то есть до отметки «MAX»,

Если же такой шкалы нет, возможно, в отверстиях вашего аккумулятора есть «язычки», тогда электролита в АКБ нужно заливать столько, чтобы они покрылись 5 мм слоем раствора (полностью в него погрузились).

Ну, а если нет ни того, ни другого, залейте в АКБ электролит в рекомендуемом выше объеме (его должно быть не под завязку, а чуть меньше), а затем для самоконтроля возьмите стеклянную трубочку, диаметром до 5 мм и опустите ее внутрь АКБ, пока она не упрется в предохранительный щиток. Закройте верхнее отверстие трубочки пальцем и выньте ее наружу. Если уровень оставшегося в ней электролита находится в пределах 10-15 мм вы все сделали правильно – уровень электролита в АКБ оптимален.

Важно!

Если вы заметили, что уровень электролита в автомобильном аккумуляторе со временем стал меньше необходимого, его восполнение следует осуществлять лишь дистиллированной водой с небольшой плюсовой температурой – 15-25˚С, подробнее в статье – «Как поднять плотность электролита в аккумуляторе». Электролит может использоваться лишь в отношении абсолютно пустых АКБ.

Видео.

Часто задаваемые вопросы

Какой минимально допустимый уровень электролита? Что делать если уровень электролита слишком низкий?
• Уровень электролита над верхним краем пластин должен быть в пределах от 18 до 45 мм (в зависимости от модели АКБ). Минимально допустимый уровень электролита 10мм. Важно помнить, что при понижении уровня электролита в процессе эксплуатации, в батарею следует доливать исключительно дистиллированную воду, а не электролит.

Какова должна быть плотность электролита?
• Плотность электролита должна быть в пределах (1,27÷1,30) г/см3 при 25˚С. При плотности электролита ниже 1,26 г/см3 при 25˚С, АКБ необходимо зарядить.

У меня на аккумуляторе маркировка вида 6X71D09UC, что она обозначает? Как определить дату производства АКБ?
• Маркировка вида 6X71D09UC наносится для производственной логистики и не несет информации для владельца аккумулятора. Дата изготовления нанесена на верхнюю часть крышки, состоит из 6 цифр и одной буквы, расшифровывается следующим образом: первые две цифры это месяц, вторая группа цифр это год и третья это день изготовления, буква — шифр смены. Например, маркировка 01 15 02 Т будет читаться как 02 января 2015г. Места нанесения маркировки можно найти у нас на сайте: Маркировка аккумуляторов АКОМ

У вас на сайте написано, что гарантия на аккумулятор 3 года, а продавец поставил гарантию 1 год? Правильно ли он поступил?
• Гарантийный срок на АКБ производства ЗАО «АКОМ» составляет от 12 до 48 месяцев при пробеге не более 50 000км – 100 000км (в зависимости от модели батареи), данная информация указана как на этикетках самой батареи, так и в инструкции по эксплуатации.
Обращаем Ваше внимание на то, что гарантийный срок всех АКБ производства ЗАО «АКОМ» начинается от даты изготовления. Также обратите внимание на пункт 6.2 инструкции по эксплуатации, где указаны случаи, при которых претензии не удовлетворяются.
В Вашем случае продавец поступил неправильно. В соответствии со ст.5 Закона РФ «О защите прав потребителей» гарантийный срок – период, в течение которого в случае обнаружения в товаре недостатка изготовитель (исполнитель, продавец, уполномоченная организация или уполномоченный индивидуальный предприниматель, импортер) обязаны удовлетворить требования потребителя, установленные статьями 18 и 29 Закона «О защите прав потребителей». В связи с этим продавец не имел права снижать срок гарантии, предоставляемый производителем.
Гарантийные обязательства выполняются в любом регионе РФ, при обращении к официальному представителю. При наличии производственного дефекта в приобретенной Вами батарее, гарантийные обязательства будут исполнены в полном объеме.

У меня вопрос по зарядке аккумулятора
• Инструкция по заряду АКБ находится на нашем сайте: зарядка аккумулятора

Машина всю ночь простояла на морозе, с утра не завелась. Снял аккумулятор и обнаружил, что электролит замерз. Почему это случилось? Что теперь делать с АКБ?
• Если электролит замёрз во всех банках одновременно, батарею необходимо поместить в помещение с температурой 25˚С не менее чем на 24 часа, после чего произвести заряд по инструкции. Данный случай не является гарантийным, т.к. замерзание электролита говорит о понижении его плотности – разряд АКБ не является дефектом завода изготовителя.
• Если электролит замерз в одной из банок АКБ, необходимо также отогреть батарею в течение суток, далее провести контрольный заряд. Если под нагрузкой замерзшая банка начинает кипеть, то вероятнее всего в ней присутствует дефект в виде короткого замыкания. В этом случае батарея подлежит замене по гарантии.

Я купил новый автомобиль, в нем стоит ваш аккумулятор. К кому мне обращаться в случае возникновения проблем с ним?
• В виду того, что аккумуляторная батарея была приобретена в составе автомобиля, все гарантийные обязательства перед Вами несет производитель в лице своего дилера, у которого был приобретен автомобиль.
Рекомендуем Вам ознакомиться с условиями предоставления гарантии на АКБ в сервисной книге. Если Ваш автомобиль находится в гарантийном периоде — обратитесь к дилеру для проведения диагностики АКБ и автомобиля.

Обслуживание и зарядка Тюменского Аккумулятора

1.1 Во время обслуживания батареи запрещается курить и пользоваться открытым пламенем

1.2 Для заливки сухозаряженных батарей использовать специально приготовленный электролит. При попадании электролита на открытые участки кожи немедленно промойте это место проточной водой, затем раствором кальцинированной соды.

1.3 При работе с металлическим инструментом не допускайте коротких замыканий на батарее

1.4 Заряд аккумуляторной батареи проводите в хорошо проветриваемом помещении

1.5 Не допускайте переворачивания аккумуляторной батареи, не наклоняйте ее на угол более 45 градусов .

Хранение батарей

2.1 Перед постановкой АКБ на хранение необходимо обеспечить, чтобы АКБ была полностью заряжена.

2.2 Для хранения батареи устанавливаются выводами вверх.

2.3 Не храните батареи вблизи с отопительными приборами.

2.4 Не храните батареи под прямыми лучами солнца.

2.5 Аккумуляторные батареи рекомендуется хранить в сухих неотапливаемых помещениях. Допустимая температура хранения от — 30 до + 40 оС.

2.6 Срок хранения не залитых электролитом батарей — до 36 месяцев с момента изготовления, при этом сухозаряженность батарей гарантируется в течение 12 месяцев с момента изготовления

Срок хранения залитых электролитом и заряженных батарей без подзаряда — до 3 месяцев с момента изготовления. После этого срока плотность электролита проверять каждый месяц. При снижении плотности электролита более чем на 0,03 г/смЗ батареи подзарядите, как указано ниже..

Подготовка аккумуляторных батарей к работе

3.1 Ввод в эксплуатацию сухозаряженных батарей

3.1.1 Электролит для заливки сухозаряженных батарей приготавливается из аккумуляторной серной кислоты и дистиллированной воды. Плотность электролита, заливаемого в батарею, а также плотность электролита в полностью заряженной батарее должна быть:

— для умеренного климата -1,28 ± 0,01 г/см3;

— для тропического климата — 1,23 ± 0,01 г/см3.

При определении реальной плотности электролита следует учесть температурную поправку и воспользоваться следующей формулой: р„ = р, +0,0007 (t- 25)

где р„ — плотность электролита, приведенная к 25 °С, г/см3;

р. — фактически измеренная плотность электролита, г/см3;

t — температура электролита при измерении, °С.

3.1.2 Температура заливаемого в батарею электролита должна быть от + 15 до + 30 °С. Перед заливкой электролита в батарею необходимо срезать выступы или проколоть или иным способом разгерметизировать вентиляционные отверстия. Электролит в батарею заливайте до уровня 15-20 мм над верхней кромкой пластин.

3.1.3 Не ранее чем через 20 минут и не позднее чем через 2 часа после заливки батареи замерьте плотность электролита. Если плотность электролита понизилась менее чем на 0,03 г/см ‘, то батарея готова к эксплуатации. Если плотность электролита понизилась на 0,03 г/см1 и более, то батарею следует подзарядить, как указано в п 3.3.

3.2 Ввод в эксплуатацию залитых батарей

3.2.1 Готовность к эксплуатации батарей, поступивших с электролитом, проверяйте по плотности электролита или путем измерения напряжения на полюсных выводах батареи. Если плотность электролита ниже 1,26 г/см3 или напряжение меньше 12,5 В (25,0 В для батарей с номинальным напряжением 24 В), батарею следует подзарядить, как указано ниже.

3.3 Заряд батареи.

3.3.1 При заряде присоедините положительный вывод батареи к положительной клемме источника тока, а отрицательный вывод батареи — к отрицательной клемме источника тока. Пробки на батарее должны быть вывернуты. Включите батарею на заряд, если температура электролита в ней не выше 35 «С.

3.3.2 Батарею заряжайте током, равным 0,1 от емкости батареи (например, для батареи 6CT-55L зарядный ток равен 55 0,1=5,5 А). Заряд ведется до тех пор, пока не начнется обильное газовыделение во всех аккумуляторах, а напряжение и плотность электролита не останутся постоянными в течение 2-х часов. Плотность электролита после заряда должна быть 1,28 ± 0,01 г/см’, а напряжение на полюсных выводах не менее 12,6 В (25,2 В для батарей с номинальным напряжением 24 В).

3.3.3 Если для заряда используются зарядные устройства, работающие при постоянном напряжении, заряжайте батарею при напряжении 14,8 В (29,6 В для батарей с номинальным напряжением 24 В). Для батарей, изготовленных по технологии Са/Са, зарядное напряжение 16,0 В. В процессе заряда ток будет снижаться. Заряд ведите до тех пор, пока зарядный ток перестанет изменяться.

3.3.4 Во время заряда периодически контролируйте температуру электролита. В случае если температура превысит 45°С, уменьшите зарядный ток наполовину или прервите заряд на время, необходимое для снижения температуры электролита до 30 С.

3.3.5 В конце заряда, при необходимости, откорректируйте уровень и плотность электролита дистиллированной водой.

3.3.6 Для выравнивания плотности электролита, после заряда следует выдержать батарею не менее 30 минут в состоянии покоя. В дальнейшем это позволит добиться стабильной эксплуатации батареи.

Эксплуатация аккумуляторных батарей

4.1 Эксплуатация аккумуляторных батарей на транспортных средствах допускается только при исправном генераторе и реле-регуляторе. Напряжение, поступающее от генератора двигателя автомобиля на аккумуляторную батарею, должно быть 13.8-14,4 В (27,6 — 28,8 В для батарей с номинальным напряжением 24 В). Несоблюдение данного условия приводит к досрочному выходу батареи из строя и аннулирует гарантию.

4.2 Пуск двигателя производите кратковременным включением стартера (3-5 сек). Если попытка пуска не удалась, то сделайте перерыв в течение 1 минуты. И только после этого можно повторить попытку пуска. После пяти неудавшихся попыток необходимо снять батарею с автомобиля и зарядить ее, а на автомобиле проверить систему зажигания, подачу топлива и электрооборудование автомобиля.

4.3 Во время эксплуатации батареи не реже одного раза в месяц:

— проверяйте надежность крепления аккумулятора в посадочном гнезде;

— проверяйте и, при необходимости, очищайте батарею от пыли и грязи. Электролит и влагу,

попавшие на поверхность батареи удаляйте ветошью, смоченной раствором

кальцинированной соды;

— проверяйте и при необходимости прочищайте вентиляционные отверстия;

— проверяйте уровень электролита и, при необходимости, доливайте дистиллированную воду до нормального уровня, при этом категорически запрещается доливать электролит и кислоту;

— проверяйте надежность соединения контакта клемма-вывод. Полюсные выводы батареи и клеммы всегда должны быть чистыми и сухими. Во избежание окисления рекомендуется покрыть полюсные выводы и клеммы консистентной смазкой (литол. солидол, технический вазелин).

4.4 Не реже одного раза в квартал (в холодное время года — не реже одного раза в месяц) проверяйте плотность электролита, которая должна соответствовать значению п.3.1.1. Если плотность электролита ниже на 0,03 г/смЗ от нормы и более, батарею подзарядить согласно п 3.3.

Как правильно добавить дистиллированную воду в аккумулятор

Как правильно добавить дистиллированную воду в аккумулятор При эксплуатации аккумуляторов уровень электролита в банках неизбежно снижается. С не обслуживаемыми АКБ проще уровень жидкости в отсеках практически не меняется на протяжении 5-6 лет. Что касается обслуживаемых аккумуляторов владельцам постоянно приходится контролировать уровень электролита и своевременно принимать меры. В статье расскажем, как долить дистиллированную воду в аккумулятор, сколько ее нужно и можно ли чем-то заменить.Где взять дистиллированную воду для аккумулятора Лет 20 назад у автомобилистов вопросов о приобретении дистиллированной воды не возникало она продавалась практически в каждой аптеке. Сейчас ситуация изменилась. Дело в том, что эта жидкость пригодна для использования в медицинских целях в течение трех суток, поэтому достать ее можно только в аптечном пункте, имеющем свой дистиллятор.

Современные альтернативные варианты: магазины авто запчастей автозаправочные станции, имеющие торговую точку; хозяйственные магазины (дистиллированная вода используется в утюгах и отпаривателях). Еще один вариант поиск воды в интернет-магазинах. Подойдет он тем, кто хочет сделать запас впрок. Срок доставки в зависимости от региона может быть несколько недель, для экстренной доливки жидкости в АКБ такой способ не походит. Некоторые автомобилисты не хотят тратить время на посещение магазинов, и задаются вопросом, можно ли заливать в аккумулятор простую или кипяченую воду. Первый вариант не подходит категорически. В воде из-под крана присутствуют посторонние вещества хлор, магний, фосфор и т.д. При зарядке аккумулятора они осядут на свинцовых пластинах. В лучшем случае это приведет к снижению емкости АКБ, в худшем к замыканию и выходу батареи из строя. Что касается кипяченой воды полноценно заменить дистиллированную она не сможет, в ней имеются соли металлов, пусть и в небольшом количестве. Такой вариант подойдет, если нужно срочно привести аккумулятор в боевую готовность, но затем придется промывать каждую банку и заливать новый электролит.

Попытка заменить дистиллированную воду кипяченой или какой-либо другой может привести к снижению емкости батареи, разрушению свинцовых пластин и другим неприятным последствиям. Как доливать дистиллированную воду в автомобильный аккумулятор правильно Если в вашем аккумуляторе увеличилась плотность электролита или вы заметили, что он не выдает нужного напряжения скорее всего причина в снижении количества дистиллированной воды. В норме ее должно быть 65 % на 35 % серной кислоты. Последовательность работ при доливке дистиллята в аккумулятор. Чтобы правильно долить жидкость в банки воспользуйтесь инструкцией. Уберите грязь и пыль с верхней части аккумулятора, особенно вокруг пробок. Протрите область вокруг горловин тряпкой, смоченной в содовом растворе, для нейтрализации серной кислоты, которая могла выплеснуться при зарядке. Осторожно открутите пробки берегите руки от воздействия электролита. Возьмите медицинскую спринцовку, шприц или ареометр, наберите дистиллированной воды. Залейте жидкость в банки с недостаточным уровнем электролита. Закрутите пробки. Через 2-3 часа проверьте плотность электролита ареометром (нормальное значение в таблице ниже). Если все сделано правильно поставьте АКБ на зарядку.

Доливка дистиллированной воды в аккумулятор должна проводиться на горизонтальной поверхности. В противном случае уровень жидкости в банках будет различный, поэтому вы или перельете воду, или не дольете. Рекомендуемая плотность электролита в аккумуляторе зависит от климатических условий вашего региона. Климатический пояс Плотность электролита (г/см3) 1,25 Средняя полоса 1,27 Север 1,29 Чтобы при измерении плотности электролита результат был точным держите ареометр вертикально, не допускайте касания поплавка его стенок. Набрав электролит в колбу, постепенно снижайте давление, чтобы поплавок свободно плавал. Если вы смогли этого достичь обратите внимание на место соприкосновения жидкости со шкалой. Это и будет плотность электролита в аккумуляторе. Проверьте плотность электролита после добавления дистиллированной воды в АКБ.

Сколько дистиллированной воды доливать в аккумуляторную батарею В современном аккумуляторе проще всего понять, сколько нужно заливать дистиллированной воды. Его корпус изготовлен из прозрачного пластика с нанесенной на нем шкалой. Достаточно следить, чтобы не был превышен рекомендуемый производителем уровень. В случае, если у вас аккумулятор другого типа, воспользуйтесь следующими советами. В некоторых АКБ чуть ниже горловины банки расположен металлический или пластмассовый язычок. Уровень электролита должен быть выше язычка на 5 мм. Если никаких отметок в банке нет доливайте дистиллированную воду так, чтобы уровень электролита был выше свинцовых пластин на 10-15 мм. Если вы не можете визуально определить, сколько электролита в банке возьмите стеклянную трубку, опустите ее в отсек, зажмите верхнюю часть пальцем и аккуратно извлеките. Количество жидкости в ней будет равным расстоянию от свинцовых пластин до поверхности электролита. Старайтесь соблюдать правила заливки, чтобы добиться верного соотношения соляной кислоты к дистиллированной воде. Если кислоты будет больше она разрушит свинцовые детали аккумулятора, если меньше аккумулятор разморозит при отрицательной температуре. Как получить дистиллированную воду в домашних условиях Некоторые автолюбители предпочитают не покупать дистиллированную воду, а делать ее самостоятельно. Обычно это люди старшего поколения, привыкшие к временам дефицита и не желающие перестраиваться. Но и жителям отдаленных поселков, в которых нет магазинов, приходится приспосабливаться подобным образом. Сразу заметим, что получить качественную дистиллированную воду в домашних условиях невозможно. Для этого нужен дистиллятор, стоимость которого не сопоставима с ценой за бутылку воды. В качестве альтернативы можно использовать самогонный аппарат, если вынуть из него змеевик. Но выход дистиллированной воды при таком способе незначительный около стакана за 3-4 часа. Дистиллированная вода имеет формулу h3O, то есть не содержит посторонних примесей. Как бы вы не старались, получить подобный результат дома практически невозможно незначительная часть солей металлов в воде останется.

Если вам нужно срочно долить в аккумулятор воду наберите ее в пластмассовую бутылку и уберите в холодильник на 2-3 часа. Затем слейте не замерзшую воду в раковину, а лед растопите и пользуйтесь для заливки в банки. В этом случае ущерб для АКБ будет минимальным. Можно собирать в пластмассовую посуду дождевую воду, затем тщательно фильтровать и использовать по назначению. Важно, чтобы вода не соприкасалась с металлами. Например, та, что стекает с жестяных крыш, для заливки аккумулятора не подойдет. Подведем итоги Теперь вы знаете, как долить дистиллированную воду и при этом не испортить аккумулятор. Рекомендуем приобрести ареометр, чтобы контролировать плотность электролита в банках. Без этого прибора достичь нужной плотности невозможно, а ее изменение может вывести из строя вашу АКБ.

Количество свободного жидкого электролита в коммерческих крупноформатных призматических литий-ионных аккумуляторных элементах

В таблице II приведены результаты измерений количества свободного жидкого электролита в исследуемых литий-ионных аккумуляторных элементах. Как видно из Таблицы II, элементы типа 1 и 2 содержат заметные количества свободного жидкого электролита, при этом среднее общее количество достигает около 10%. 32 и ок. 36 г (около 30 и 35 мл) соответственно. В нашем предыдущем исследовании было обнаружено, что элементы от тех же производителей, но с меньшей номинальной емкостью (40 Ач вместо 60 Ач) содержат ок.19–30 г (примерно 20–30 мл) свободного жидкого электролита (с одной ячейкой, содержащей более 70 г (50 мл) свободного электролита), ⁸, предполагая, что количество свободного жидкого электролита в ячейках типа 1 и 2 увеличивается с увеличением емкости ячейки. Большой разброс в количестве свободного электролита наблюдается для ячеек как типа 1, так и типа 2, при этом разница между минимальным и максимальным количествами достигает прибл. 16 г (или 40–50%) (см. Таблицу II).

Таблица II. Количество свободного жидкого электролита в различных элементах.

Номер типа ячейки	Формат ячейки	Номинальная емкость, Ач	Количество свободного жидкого электролита, г (мл)
*Свежие клетки*
			Бурение	Раскрытие	Всего	Среднее значение ± стандартное отклонение
1	Призматический пластиковый корпус	60	11.0 (10) 30,3 (30) 29,0 (25)	13,9 (<15) 11,0 (10) 0 (0)	24,9 (<25) 41,3 (40) 29,0 (25)	31,7 ± 8,5 (около 30)
2	Призматический пластиковый корпус	60	7,9 (<10) 6,3 0	36,1 (30) 28,4 28,6	40 (44) 25 (34,7) 25 (28,6)	35,8 ± 7,8 (около 35)
3	Призматический металлический корпус	38	2,7 (<5) 4,0 (<5) 4.2 (около 5)	0 0 н.д. ^*	2,7 (<5) 4,0 (<5) 4,2 (примерно 5)	3,6 ± 0,8 (<5)
4	Призматический металлический корпус	63	0 0 0	0 н.д. нет данных	0 0 0	0
5	Подсумок	39	0 0 0	0 0 0	0 0 0	0
6	Подсумок	40	19.0 (от 15 до 20) 18,4 (от 15 до 20) 17,8 (от 15 до 20)	0 0 0	19,0 (от 15 до 20) 18,4 (от 15 до 20) 17,8 (от 15 до 20)	18,4 ± 0,6 (от 15 до 20)
*Старые элементы*
7	Призматический пластиковый корпус	40	15,4 (≤15)	8,3 (≤10)	23,7 (≤25)
3 в возрасте	Призматический металлический корпус	38	0 0 0.8 (<< 5) 0	0 н.д. нет данных нет данных	0 0 0,8 (<< 5) 0

^* Элементы не были полностью открыты, поскольку предыдущий опыт показал, что дополнительного электролита ожидать не приходится.

Было обнаружено, что элементы типа 3 содержат значительно меньшее количество свободного электролита, в среднем ок. 4 г (<5 мл), количество воспроизводимо в 3 различных экспериментах (см. Таблицу II). В элементах типа 4 не было обнаружено свободного жидкого электролита, хотя визуально наблюдалось полное смачивание электролитом всех компонентов ячеек, таких как электроды, сепаратор и внутренняя пластиковая набивка в виде роликового желе.То же самое было обнаружено в пакетных ячейках Типа 5 - в ячейках не было свободного жидкого электролита, в то время как все компоненты ячейки были полностью смочены электролитом. Напротив, значительное количество свободного жидкого электролита, ок. 18 г (от 15 до 20 мл) в среднем воспроизводимо было обнаружено в мешочных клетках типа 6.

Наличие воспроизводимого количества свободного жидкого электролита в свежих элементах определенных типов (например, типов 3 и 6) указывает на то, что избыток электролита, вероятно, был введен в элементы намеренно, как часть хорошо контролируемого производственного процесса.В описании процесса производства литий-ионных элементов ⁹ говорится, что хорошо контролируемое количество «… электролита добавляется в элемент с помощью точного насоса … Прецизионные насосы измеряют точное количество электролита. необходим для хорошей работы ячейки ». Добавление некоторого (небольшого) избытка электролита может потребоваться во время изготовления элемента, поскольку известно, что электролит частично расходуется как во время формирования элемента ^2,9,10, так и во время работы элемента, ¹⁰ при слишком большом избытке электролита Излишне увеличит вес и стоимость ячейки.

Напротив, большой разброс количества свободного жидкого электролита, обнаруженный для элементов типа 1 и 2, предполагает, что стадия заполнения электролитом производственного процесса этих элементов не контролируется должным образом. Это также может быть причиной большего среднего количества свободного жидкого электролита, обнаруженного в этих элементах.

Никакой тенденции в отношении корпуса элемента не наблюдалось: было обнаружено, что свежие ячейки типа 6 содержат свободный жидкий электролит, а ячейки типа 5 не содержат; такая же ситуация была обнаружена для свежих элементов с металлическим корпусом (элементы типа 3 содержали некоторое количество свободного жидкого электролита, а элементы типа 4 не содержали его).

Количество электролита, извлекаемого через просверленные отверстия из ячеек с пластиковым корпусом, варьировалось в разных экспериментах (см. Таблицу II). Вероятно, это связано со значительным образованием заусенцев на внутренней части пластикового корпуса во время бурения, которые впоследствии могут препятствовать потоку жидкого электролита через отверстие (см. Рисунок 7). Этот эффект не наблюдался для ячеек с металлическим или карманным корпусом.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 7. Заусенец, образовавшийся на внутренней стороне пластмассового кожуха ячейки при просверливании отверстия диаметром 3 мм.

Никаких тенденций в отношении химии ячеек не наблюдалось (по крайней мере, на уровне детализации, известном авторам о химическом составе анодных и катодных компонентов исследуемых ячеек).

Было обнаружено, что один из четырех состаренных ячеек 3-го типа содержит небольшое количество свободного жидкого электролита, приблизительно. 0,8 г (<< 5 мл) (см. Таблицу II). Это количество примерно в 4 раза ниже, чем в свежих клетках того же типа (сравните старые клетки типа 3 и 3, таблица II).Остальные три ячейки не содержали свободного жидкого электролита, но все компоненты ячейки были смочены электролитом. Было обнаружено, что клетки типа 7 содержат ок. 24 г (<25 мл) свободного жидкого электролита после 3 лет календарного старения при комнатной температуре в разряженном состоянии.

Эти результаты согласуются с предыдущими наблюдениями постепенного расхода электролита во время работы и циклического старения литий-ионных элементов, ^10–12, которое, как показано, происходит в основном из-за уменьшения количества электролита на аноде, способствующего росту межфазного твердого электролита (SEI) ^10,12,13 и ссылки в нем.Также сообщается о формировании защитной пленки на катоде, но ожидается, что она будет играть менее значительную роль в расходе электролита по сравнению с SEI при нормальных условиях эксплуатации ^12,13 и ссылки в нем. Обсуждение механизма образования SEI и его динамики при работе от аккумулятора, а также других возможных путей потребления электролита выходит за рамки данной работы; тем не менее, по этой теме доступен ряд отличных обзорных публикаций.^13–16

Наши результаты показывают, что потребление электролита происходит с неодинаковой скоростью в разных элементах внутри блока, даже если элементы установлены в одинаковых местах в одном блоке. Наши результаты также демонстрируют, что некоторые литий-ионные элементы в блоке тяговых аккумуляторных батарей могут по-прежнему содержать свободный жидкий электролит в конце срока их службы в аккумуляторном блоке электромобиля, хотя и в значительно меньшем количестве по сравнению со свежими элементами того же типа.

Как показано в Таблице I, информация о составе электролита не всегда предоставляется производителями аккумуляторных элементов.Фактически, качественная информация об основных компонентах электролита была представлена только в паспорте безопасности материалов для элементов типа 1, типа 2, типа 4 и типа 7, что указывает на то, что эти электролиты основаны на карбонате и в зависимости от типа элемента содержат диметиловый эфир. карбонат (DMC), диэтилкарбонат (DEC), этилметилкарбонат (EMC), этиленкарбонат (EC) и этилацетат (EA) в качестве основных растворителей и LiPF ₆ в виде соли.

FTIR-спектры жидких электролитов, извлеченных из ячеек Типа 3 и Типа 6, показаны на Рисунке 8.Эти два спектра выглядят качественно похожими, что свидетельствует о схожем составе электролитов в этих двух типах ячеек. Однако наблюдаемое соотношение пиков отличается, что указывает на то, что относительное соотношение компонентов может быть различным для двух электролитов.

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 8. Спектры FTIR свободных жидких электролитов, извлеченных из ячеек Типа 3 и Типа 6.Наиболее интенсивные пики для электролита типа 3 четко не разрешены, вероятно, из-за насыщения детектора. Отрицательные полосы поглощения связаны с остаточным атмосферным CO ₂ в отсеке для образца FTIR-спектрометра.

В спектрах можно выделить несколько областей: прежде всего, интенсивный пик около 1700–1850 см ^–1, характерный для карбонатных растворителей, соответствующий валентному колебанию карбонильной связи C = O. ^17–22 В области между 1260 см ^–1 и 1320 см ^–1 наблюдаются интенсивные пики, относящиеся к растяжению O-C-O.^18–22 Множественные пики в области между 1375 см ^–1 и 1480 см ^–1 соответствуют различным режимам изгиба CH ₂ и CH ₃ (виляние, ножницы и т. области между 2850 см ^-1 и 3030 см ^-1 характерны для валентных колебаний СН. ^18–22

Опубликованное сравнение FTIR-спектров чистых растворителей и смешанных с солями лития показывает, что сольватация ионов лития влияет на большинство ИК-пиков, которые смещаются в красный или синий цвет и / или расщепляются.^17,18,20,22 Пики, соответствующие растяжению карбонильных (C = O) и алкокси (C-OR) групп, подвержены наибольшему влиянию, ^17,20,22, тогда как сигналы в других спектральных областях, таких как, например, в областях изгиба СН ₃ и СН ₂ и растяжения СН затрагиваются в меньшей степени. ^20,22

В зависимости от структуры карбоната, пик растяжения C = O наблюдается при немного разных волновых числах. Например, для DMC он наблюдается при 1749–1755 см ^–1, для DEC при 1742 см ^–1, для EMC при 1752 см ^–1 и для EC при 1804–1806 см ^–1.^17–22 При координации карбонатов с катионом лития в этой области появляются дополнительные пики, соответствующие растяжению карбонильных групп в молекулах растворителя, координированных катионами лития. ^17,18,20,22 Эти пики смещены в красную область на ок. 20–32 см ⁻¹, например для DMC согласованный пик поглощения наблюдается при 1720–1724 см ⁻¹, для DEC при 1711–1715 см ⁻¹, для EMC при 1714 см ⁻¹ и для EC при 1763 см ⁻¹, и обычно более интенсивны по сравнению с их некоординированными эквивалентами.^17,18,20,22

Несколько широких и перекрывающихся пиков наблюдаются в спектральном окне 1700–1850 см ^–1 (см. Рисунок 8), что указывает на то, что электролиты типа 3 и 6 содержат смесь линейных а также циклические карбонаты как в литий-координированной, так и в некоординированной форме. Дополнительное небольшое смещение и уширение пиков растяжения карбонильных связей происходит из-за координации ионов лития смешанным растворителем, когда молекулы разных растворителей, например EC и DMC, координируются с одним и тем же ионом лития.^17,20

Сильные пики, наблюдаемые при 1073 см ⁻¹, 1157–1162 см ⁻¹ и 1198 см ⁻¹ вместе с меньшим, но четко разрешенным пиком на 1863 см ⁻¹, характерны для ЭК и соответствуют колебаниям растяжения и дыхания кольца. ^19,22 Кроме того, пик на 1391–1393 см ^–1 и плечо на 1420 см ^–1, оба относятся к CH ₂ виляние в EC, ^19,20,22 наблюдаются поддерживающие наличие этиленкарбоната в обоих электролитах.

Множественные пики в области между 1370 см ^-1 и 1480 см ^-1 соответствуют различным режимам изгиба CH ₂ и CH ₃, присутствующим как в линейных, так и в циклических карбонатах. ^19–21 Четко разрешенный пик на 1371 см ⁻¹ предполагает присутствие этильных групп в линейных карбонатах ^18,20,22 (различие между EMC и смесью DEC и DMC, к сожалению, невозможно на основа нашего качественного анализа).Пики при 2990 см ^-1, 2940 см ^-1 и 2878 см ^-1 также указывают на присутствие этильных групп в линейных карбонатах. ²² Пик при 1009 см ^-1 характерен как для DEC ¹⁸, так и для EMC, ²², указывая на то, что эти соединения могут присутствовать в экстрагированных электролитах.

Сильный пик на ок. 1275 см ⁻¹ соответствует асимметричному колебанию O-C-O в DMC. ²¹ Дополнительное плечо прибл.1310–1315 см ^–1, наблюдаемый для электролита типа 6, и интенсивный пик между 1300 и 1320 см ^–1, наблюдаемый для электролита типа 3, соответствуют колебаниям ДМК, координированному катионом лития. ²² Плечо на 1885 см ⁻¹, соответствующее сумме колебаний O-CH ₃ и небольшого, но четко видимого пика на 1117 см ⁻¹, соответствующего симметричной вибрации ОСО в DMC, дальнейшая поддержка наличие ДМК в обоих электролитах.²¹

Оба электролита не содержат ни пропиленкарбоната (PC), ни этилацетата (EA), поскольку ИК-пики характерны для этих соединений (например, при 1049 см ^-1, 1180 см ^-1, 1352 см ⁻¹, 1387 см ⁻¹ и 1042 см ⁻¹, 2086 см ⁻¹, 2469 см ⁻¹ соответственно, ^23,24) не наблюдаются. С другой стороны, несколько пиков, например при 1588 см ⁻¹ и 1985 см ⁻¹, не могут быть отнесены и остаются неопознанными.

Вкратце, информация о составе электролита, полученная от производителей элементов (ячейки типа 1, типа 2, типа 4 и типа 7), а также качественный FTIR-анализ свободных жидких электролитов, извлеченных из свежих элементов типа 3 и типа 6 показывают, что электролиты в исследованных ячейках содержат в качестве основных растворителей линейные карбонаты (диметилкарбонат, диэтилкарбонат и этилметилкарбонат) и циклические карбонаты (этиленкарбонат).

Ранее опубликованные расчеты показывают, что при комнатной температуре относительно небольшое выделение электролита может привести к образованию потенциально токсичной атмосферы в объеме, занимаемом автомобилем среднего размера с клиренсом 1 м, т.е.е. ок. 62 м ³. ⁵ Например, для DMC и DEC, идентифицированных в исследуемых электролитах, количество растворителя, необходимое для достижения уровня концентрации критериев защитного действия, при котором необратимые или другие серьезные последствия для здоровья и нарушение способности принимать защитные меры (концентрация PAC-2 ) составляет всего 24,7 и 1,4 мл соответственно. ⁵ Для достижения концентрации фтористого водорода (HF), который является продуктом гидролиза соли электролита LiPF ₆ в ПАК-2, требуется утечка 20.Достаточно 5 или 12,3 мл электролита, в зависимости от стехиометрии реакции гидролиза. ⁵

Сравнивая результаты настоящей работы с ранее опубликованной количественной оценкой токсичности электролитов литий-ионных аккумуляторов, ⁵ можно сделать вывод, что как свежие, так и старые коммерческие литий-ионные аккумуляторные элементы могут содержать свободную жидкость. электролит в количествах, достаточных для образования потенциально токсичной атмосферы в закрытых помещениях после выброса электролита из одного элемента батареи.Особенно тревожно то, что литий-ионные элементы, содержащие значительное количество свободного жидкого электролита (например, элементы типа 3 и типа 6), используются в серийных PHEV и BEV, которые были представлены на рынке ЕС в 2013 и 2010 годах соответственно. и которые входят в десятку самых продаваемых моделей электромобилей в ЕС (см. Таблицу I).

Также важно понимать, что выделение содержащегося в нем свободного жидкого электролита представляет собой лучший сценарий, поскольку его количество соответствует минимальному количеству электролита, которое может быть выделено из аккумуляторного элемента в случае нарушения целостности корпуса элемента.Значительно больше электролита, в том числе поглощенного компонентами элемента, может быть вытеснено в условиях злоупотребления ⁷, что увеличивает риски.

Замена обычных присадок к электролиту в аккумуляторных батареях производными диоксолона для литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии

Гуденаф, Дж. Б. и Ким, Ю. Проблемы литиевых аккумуляторных батарей. Chem. Матер. 22 , 587–603 (2010).

CAS Статья Google Scholar

Тараскон, Дж. М. и Арман, М. Проблемы и проблемы, с которыми сталкиваются перезаряжаемые литиевые батареи. Nature 414 , 359–367 (2001).

ADS CAS PubMed Статья Google Scholar

Арико, А. С., Брюс, П., Скросати, Б., Тараскон, Дж. М. и ван Шалквейк, В. Наноструктурированные материалы для передовых устройств преобразования и хранения энергии. Nat. Матер. 4 , 366–377 (2005).

ADS PubMed Статья CAS Google Scholar

Лю К., Ли, Ф., Ма, Л. П. и Ченг, Х. М. Современные материалы для хранения энергии. Adv. Матер. 22 , E28 – E62 (2010).

CAS PubMed Статья Google Scholar

Чае, С., Чой, С. Х., Ким, Н., Сунг, Дж. И Чо, Дж. Интеграция графитовых и кремниевых анодов для коммерциализации высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов. Angew. Chem. Int. Эд. 58 , 2–28 (2019).

Артикул CAS Google Scholar

Liu, W. et al. Насыщенный никелем слоистый оксид переходного металла лития для высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов. Angew. Chem. Int. Эд. 54 , 4440–4457 (2015).

CAS Статья Google Scholar

Мантирам, А., Найт, Дж.К., Мён, С. Т., О, С. М. и Сан, Ю. К. Катоды из слоистого оксида с высоким содержанием никеля и лития: прогресс и перспективы. Adv. Energy Mater. 6 , 1501010 (2016).

Артикул CAS Google Scholar

Касаваджула, У., Ван, К. и Эпплби, А. Дж. Вставные аноды на основе нано- и объемного кремния для литий-ионных вторичных элементов. J. Источники энергии 163 , 1003–1039 (2007).

ADS CAS Статья Google Scholar

МакДауэлл, М. Т., Ли, С. В., Никс, В. Д. и Цуй, Ю. Статья, посвященная 25-летию: понимание литиирования кремния и других легирующих анодов для литий-ионных аккумуляторов. Adv. Матер. 25 , 4966–4985 (2013).

CAS PubMed Статья Google Scholar

10.

Chen, Z., Шевриер, В., Кристенсен, Л. и Дан, Дж. Р. Конструирование электродов из аморфного сплава для литий-ионных аккумуляторов. Electrochem. Solid State Lett. 7 , A310 – A314 (2004 год).

CAS Статья Google Scholar

11.

Choi, N.-S. и другие. Влияние добавки фторэтиленкарбоната на межфазные свойства кремниевого тонкопленочного электрода. J. Источники энергии 161 , 1254–1259 (2006).

ADS CAS Статья Google Scholar

12.

Shobukawa, H., Alvarado, J., Yang, Y. & Meng, Y. S. Электрохимические характеристики и исследование межфазной поверхности композитного кремниевого анода для литий-ионных аккумуляторов в полноэлементных элементах. J. Источники энергии 359 , 173–181 (2017).

ADS CAS Статья Google Scholar

13.

Zhao, H. et al. Пленкообразующие добавки к электролиту для литий-ионных аккумуляторов: прогресс и перспективы. J. Mater.Chem. A 7 , 8700–8722 (2019).

CAS Статья Google Scholar

14.

Xu, G. et al. Назначение функциональных добавок для устранения плохих характеристик высоковольтных (класс 5 В) литий-ионных аккумуляторов LiNi0,5 Mn1,5 O4 / MCMB. Adv. Energy Mater. 8 , 1701398 (2018).

Артикул CAS Google Scholar

15.

Хан, Дж.G. et al. Несимметричный фторированный малонатоборат как амфотерная добавка для литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Energy Environ. Sci. 11 , 1552–1562 (2018).

CAS Статья Google Scholar

16.

Haregewoin, A. M., Wotango, A. S. & Hwang, B. J. Электролитные добавки для электродов литий-ионных аккумуляторов: прогресс и перспективы. Energy Environ. Sci. 9 , 1955–1988 (2016).

CAS Статья Google Scholar

17.

Choi, N.-S. и другие. Проблемы, с которыми сталкиваются литиевые батареи и электрические двухслойные конденсаторы. Angew. Chem. Int. Эд. 51 , 9994–10024 (2012).

CAS Статья Google Scholar

18.

Jo, H. et al. Стабилизация межфазного слоя твердого электролита и циклические характеристики кремний-графитового анода батареи с помощью бинарной добавки фторированных карбонатов. J. Phys. Chem. C 120 , 22466–22475 (2016).

CAS Статья Google Scholar

19.

Nguyen, C.C. и Lucht, B.L. Улучшенные характеристики циклирования анодов из наночастиц Si за счет введения метиленэтиленкарбоната. Electrochem. Commun. 66 , 71–74 (2016).

CAS Статья Google Scholar

20.

Чен, Л., Ван, К., Се, X. и Се, Дж. Влияние виниленкарбоната (ВК) в качестве добавки к электролиту на электрохимические характеристики кремниевого пленочного анода для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 174 , 538–543 (2007).

ADS CAS Статья Google Scholar

21.

Далави, С., Гудуру, П. и Лучт, Б. Л. Добавки к электролиту, улучшающие характеристики литий-ионных аккумуляторов с кремниевыми анодами. J. Electrochem. Soc. 159 , A642 – A646 (2012).

CAS Статья Google Scholar

22.

Etacheri, V. et al. Влияние фторэтиленкарбоната (FEC) на характеристики и химию поверхности анодов литий-ионных аккумуляторов с Si-нанопроволокой. Langmuir 28 , 965–976 (2012).

CAS PubMed Статья Google Scholar

23.

Xu, C. et al. Улучшенные характеристики кремниевого анода для литий-ионных аккумуляторов: понимание механизма модификации поверхности фторэтиленкарбоната как эффективной добавки к электролиту. Chem. Матер. 27 , 2591–2599 (2015).

CAS Статья Google Scholar

24.

Jaumann, T. et al. Срок службы в зависимости от производительности: понимание роли FEC и VC в литий-ионных батареях высокой энергии с нанокремниевыми анодами. Energy Storage Mater. 6 , 26–35 (2017).

Артикул Google Scholar

25.

Kim, K. et al. Понимание термической нестабильности фторэтиленкарбоната в электролитах на основе LiPF6 для литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 225 , 358–368 (2017).

CAS Статья Google Scholar

26.

Шиле, А.и другие. Критическая роль фторэтиленкарбоната в газовыделении кремниевых анодов для литий-ионных аккумуляторов. ACS Energy Lett. 2 , 2228–2233 (2017).

CAS Статья Google Scholar

27.

Schwenke, K.U., Solchenbach, S., Demeaux, J., Lucht, B.L. и Gasteiger, H.A. Воздействие CO ₂ возникло из VC и FEC во время образования графитовых анодов в литий-ионных батареях. Дж.Электрохим. Soc. 166 , A2035 – A2047 (2019).

CAS Статья Google Scholar

28.

Aurbach, D. et al. Об использовании виниленкарбоната (ВК) в качестве добавки к растворам электролитов для литий-ионных аккумуляторов. Электрохим. Acta 47 , 1423–1439 (2002).

CAS Статья Google Scholar

29.

Buqa, H. et al.Формирование пленки SEI на высококристаллических графитовых материалах в литий-ионных батареях. J. Источники энергии 153 , 385–390 (2006).

ADS CAS Статья Google Scholar

30.

Michan, A. L. et al. Восстановление фторэтиленкарбоната и виниленкарбоната: понимание добавок к электролиту литий-ионных аккумуляторов и межфазного образования твердого электролита. Chem. Матер. 28 , 8149–8159 (2016).

CAS Статья Google Scholar

31.

Ushirogata, K., Sodeyama, K., Okuno, Y. & Tateyama, Y. Аддитивный эффект на восстановительное разложение и связывание карбонатного растворителя с образованием межфазной границы твердого электролита в литий-ионной батарее. J. Am. Chem. Soc. 135 , 11967–11974 (2013).

CAS PubMed Статья Google Scholar

32.

Ота, Х., Саката, Ю., Иноуэ, А., Ямагути, С. Анализ слоев SEI, полученных из виниленкарбоната, на графитовом аноде. J. Electrochem. Soc. 151 , A1659 – A1669 (2004).

CAS Статья Google Scholar

33.

Wang, Y., Nakamura, S., Tasaki, K. & Balbuena, PB Теоретические исследования для понимания химии поверхности угольных анодов для литий-ионных батарей: как виниленкарбонат играет свою роль в качестве добавки к электролиту ? Дж.Являюсь. Chem. Soc. 124 , 4408–4421 (2002).

CAS PubMed Статья Google Scholar

34.

Херстедт, М., Андерссон, А.М., Ренсмо, Х., Зигбан, Х. и Эдстрем, К. Характеристика SEI, образованного на природном графите в электролитах на основе ПК. Электрохим. Acta 49 , 4939–4947 (2004).

CAS Статья Google Scholar

35.

Zhang, S. S., Xu, K. & Jow, T. R. Исследование EIS по формированию границы раздела твердых электролитов в литий-ионной батарее. Электрохим. Acta 51 , 1636–1640 (2006).

CAS Статья Google Scholar

36.

Son, H. B. et al. Влияние восстанавливающих циклических карбонатных добавок и линейных карбонатных сорастворителей на быструю заряжаемость ячеек LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 / графит. J. Источники энергии 400 , 147–156 (2018).

ADS CAS Статья Google Scholar

37.

Deng, B. et al. Влияние потенциала отсечки заряда на добавку электролита для полных ячеек с мезоуглеродными микрогранулами LiNi0.6Co 0.2Mn0.2O2. Energy Technol. 7 , 1800981 (2019).

Артикул CAS Google Scholar

38.

Zuo, X. et al. Влияние трис (триметилсилил) бората на сохранение высоковольтной емкости LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 / графитовые ячейки. J. Источники энергии 229 , 308–312 (2013).

CAS Статья Google Scholar

39.

Deng, B. et al. Исследование влияния высоких температур на циклическую стабильность катода LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 с использованием инновационной добавки к электролиту. Электрохим. Acta 236 , 61–71 (2017).

ADS CAS Статья Google Scholar

40.

Хан, Дж .-Г., Ким, К., Ли, Ю. и Чой, Н.-С. Поглощающие материалы для стабилизации LiPF6-содержащих карбонатных электролитов для литий-ионных аккумуляторов. Adv. Матер. 31 , 1804822 (2019).

Артикул CAS Google Scholar

41.

Фен, П., Ли, К. Н., Ли, Дж. У., Чжан, С. и Нгаи, М. Ю. Доступ к новому классу синтетических строительных блоков посредством трифторметоксилирования пиридинов и пиримидинов. Chem. Sci. 7 , 424–429 (2016).

CAS PubMed Статья Google Scholar

42.

Alpegiani, M., Zarini, F. & Perrone, E. О получении 4-гидроксиметил-5-метил-1,3-диоксол-2-она. Synth. Commun. 22 , 1277–1282 (1992).

CAS Статья Google Scholar

43.

Liu, J. B. et al. Серебро-опосредованное окислительное трифторметилирование фенолов: прямой синтез арилтрифторметиловых эфиров. Angew. Chem. Int. Эд. 54 , 11839–11842 (2015).

CAS Статья Google Scholar

44.

Фарлоу, М. В., Ман, Э. Х. и Таллок, Д. В. Карбонилфторид. Неорганические синтезы (Rochow, E.G. ed.) Vol. 6, 155–158 (McGraw-Hill Book Company, Inc., 1960). https://doi.org/10.1002/9780470132371.ch58.

45.

Аватанео, М., Де Патто, У., Галимберти, М. и Маркионни, Г.Синтез α, ω-диметоксифторполиэфиров: механизм реакции и кинетика. J. Fluor. Chem. 126 , 631–637 (2005).

Артикул Google Scholar

46.

Petzold, D. et al. Опосредованное видимым светом высвобождение и превращение фторфосгена in situ. Chem. Евро. J. 25 , 361–366 (2019).

CAS PubMed Статья Google Scholar

47.

Xu, W., Vegunta, S. S. & Flake, J. C. Аноды из кремниевых нанопроволок с модифицированной поверхностью для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 196 , 8583–8589 (2011).

ADS CAS Статья Google Scholar

48.

Zhang, J. et al. Прямое наблюдение неоднородной межфазной границы твердого электролита на аноде из MnO с помощью атомно-силовой микроскопии и спектроскопии. Nano Lett. 12 , 2153–2157 (2012).

ADS CAS PubMed Статья Google Scholar

49.

Wan, G. et al. Подавление роста дендритного лития путем образования на месте химически стабильной и механически прочной межфазной границы твердого электролита. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 10 , 593–601 (2018).

CAS PubMed Статья Google Scholar

50.

Снеддон, И.Н. Связь между нагрузкой и проникновением в осесимметричной задаче Буссинеска для штампа произвольного профиля. Внутр. J. Eng. Sci. 3 , 47–57 (1965).

MathSciNet МАТЕМАТИКА Статья Google Scholar

51.

Колле, Дж. П., Шуман, Х., Леджер, Р. Э., Ли, С. и Вайзель, Дж. У. Эластичность отдельного фибринового волокна в сгустке. Proc. Natl Acad. Sci. США 102 , 9133–9137 (2005).

ADS CAS PubMed Статья Google Scholar

52.

Чжан, К., Ву, Т., Лу, Дж. И Амин, К. Растворение, миграция и осаждение ионов переходных металлов в литий-ионных батареях на примере катодов на основе марганца — критический обзор . Energy Environ. Sci. 11 , 243–257 (2018).

CAS Статья Google Scholar

53.

Гилберт, Дж.А., Шкроб И. А. и Абрахам Д. П. Растворение переходных металлов, миграция ионов, электрокаталитическое восстановление и потеря емкости в полных литий-ионных элементах. J. Electrochem. Soc. 164 , A389 – A399 (2017).

CAS Статья Google Scholar

54.

Ravdel, B. et al. Термическая стабильность электролитов литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 119-121 , 805–810 (2003).

ADS CAS Статья Google Scholar

55.

Ko, M. et al. Масштабируемый синтез графита, внедренного в кремний в нанослой, для высокоэнергетических литий-ионных аккумуляторов. Nat. Энергетика 1 , 16113 (2016).

ADS CAS Статья Google Scholar

56.

Делли Б. Полностью электронный численный метод решения функционала локальной плотности для многоатомных молекул. J. Chem. Phys. 92 , 508–517 (1990).

ADS CAS Статья Google Scholar

57.

Делли Б. От молекул к твердым телам с помощью подхода DMol ³. J. Chem. Phys. 113 , 7756–7764 (2000).

ADS CAS Статья Google Scholar

58.

Klamt, A. & Schüürmann, G. COSMO: новый подход к диэлектрическому экранированию в растворителях с явными выражениями для экранирующей энергии и ее градиента. J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2 , 799–805 (1993).

Артикул Google Scholar

59.

Холл, Д. С., Селф, Дж. И Дан, Дж. Р. Диэлектрические постоянные для квантовой химии и литий-ионных батарей: смеси растворителей этиленкарбоната и этилметилкарбоната. J. Phys. Chem. С 119 , 22322–22330 (2015).

CAS Статья Google Scholar

60.

Лойенга, Х. Диэлектрические проницаемости гетерогенных смесей. Physica 31 , 401–406 (1965).

ADS CAS Статья Google Scholar

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Корреляция объема электролита и электрохимических характеристик в литий-ионных ячейках с графитовыми анодами и катодами NMC532 (журнальная статья)

Ан, Сон Джин, Ли, Цзяньлинь, Моханти, Дебасиш, Даниэль, Клаус, Ползин, Брайант Дж., Крой, Джейсон Р., Э. Траск, Стивен и Вуд, Дэвид Л. Корреляция объема электролита и электрохимических характеристик в литий-ионных ячейках с графитовыми анодами и катодами NMC532. США: Н. П., 2017. Интернет. https://doi.org/10.1149/2.1131706jes.

Ан, Сон Джин, Ли, Цзяньлинь, Моханти, Дебасиш, Дэниел, Клаус, Ползин, Брайант Дж., Крой, Джейсон Р., Э. Траск, Стивен и Вуд, Дэвид Л.Корреляция объема электролита и электрохимических характеристик в литий-ионных ячейках с графитовыми анодами и катодами NMC532. Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1149/2.1131706jes

Ан, Сон Джин, Ли, Цзяньлинь, Моханти, Дебасиш, Дэниел, Клаус, Ползин, Брайант Дж., Крой, Джейсон Р., Э. Траск, Стивен и Вуд, Дэвид Л. Пт. «Корреляция объема электролита и электрохимических характеристик в литий-ионных ячейках с графитовыми анодами и катодами NMC532».Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1149/2.1131706jes. https://www.osti.gov/servlets/purl/1352759.

@article {osti_1352759, title = {Корреляция объема электролита и электрохимических характеристик в литий-ионных ячейках с графитовыми анодами и катодами NMC532}, author = {An, Seong Jin and Li, Jianlin and Mohanty, Debasish and Daniel, Claus и Ползин, Брайант Дж. и Крой, Джейсон Р.и Е. Траск, Стивен и Вуд, Дэвид Л.}, abstractNote = {В данной работе сообщается об исследованиях, направленных на изучение корреляции между объемом электролита и электрохимическими характеристиками полноценных элементов, ячеек-пакетов, состоящих из графита / Li1.02Ni0. 50Mn0.29Co0.19O2 (NMC-532) в качестве электродов и 1,2 M LiPF6 в этиленкарбонате: этилметилкарбонате (EC: EMC) в качестве электролита. Кроме того, показано, что минимальный объемный коэффициент электролита, в 1,9 раза превышающий общий объем пор компонентов ячейки (катода, анода и сепаратора), необходим для долгосрочной циклируемости и низкого импеданса.Меньшее количество электролита приводит к увеличению измеренных омических сопротивлений. Повышенные отношения сопротивлений для слоев переноса заряда и пассивирования на катоде по сравнению с начальными значениями составили 1,5 2,0 после 100 циклов. На катоде сопротивление от переноса заряда было в 2-3 раза выше, чем у пассивирующих слоев. И, наконец, анализ дифференциального напряжения показал, что аноды в меньшей степени отслаивались после разряда по мере циклирования ячеек.}, doi = {10,1149 / 2,1131706jes}, journal = {Journal of the Electrochemical Society}, number = 6, volume = 164, место = {США}, год = {2017}, месяц = {4} }

Электролит препятствует переходу к магниевой аккумуляторной батарее

Недорогой недендритный металлический магний — идеальный анод для литий-ионной батареи.В настоящее время развитие магниевых электролитов определяет скорость прогресса в этой области, поскольку свойства электролита определяют класс используемых катодов. Здесь представлен обзор последних достижений в области электролита для магниевых аккумуляторов и перспективы решения существующих проблем. Во-первых, было показано, что теория функционала плотности предсказывает потенциальное окно магниевых электролитов на инертных электродах. Во-вторых, мы сообщаем о первоначальных усилиях, направленных на преодоление коррозионных свойств этих органоалюминатов магния по отношению к менее благородным металлам, таким как нержавеющая сталь.Это серьезная проблема при разработке высоковольтных магниевых электролитов, необходимых для батарей, работающих при напряжении выше 3 В. Наконец, мы коснемся катодных кандидатов, включая классы вставки и преобразования. Один из конверсионных катодов, на который мы обращаем особое внимание, — это электрофильная сера, которая может быть соединена с анодами металлического магния за счет использования ненуклеофильных электролитов, полученных простой кристаллизацией in situ , генерируемых органоалюминатами магния. По сути, ненуклеофильные электролиты открывают двери для исследований магниево-серных батарей.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

границ | Стратегии производства твердого электролита в аккумуляторах

Введение

Популяризация коммерческих аккумуляторов — один из важнейших моментов современной цивилизации.В последние несколько десятилетий общество стало свидетелем изобретения медицинских имплантатов с автономным питанием, беспроводной электроники, электромобилей и многих других приложений, которые питаются от батарей различных форм и размеров. Традиционные батареи с использованием органических жидких электролитов продемонстрировали преимущества высокой ионной проводимости и отличной смачиваемости электродами (Zhang, 2007; He et al., 2019), но страдают от потенциальных проблем безопасности, таких как высокая воспламеняемость, плохая термическая стабильность и утечка жидкости. (Strauss et al., 2020; Инь и др., 2020; Юань и Лю, 2020). Для устранения недостатков безопасности, присущих традиционным батареям, при одновременном соблюдении высоких требований к электрохимическим характеристикам, батареи, использующие твердотельный электролит (SSE), продемонстрировали многообещающий выбор в качестве лучшей альтернативы.

Как правило, SSE можно разделить на твердые полимерные электролиты (SPE), неорганические твердые электролиты (ISE) и композитные твердые электролиты (CSE). SPE состоят из высокомолекулярной полимерной матрицы и растворенной соли лития, ISE состоят из всех неорганических материалов, таких как керамика и стекло, а CSE, состоящие как из твердого полимера, так и из неорганических веществ (Zhang H.et al., 2017; Чен В. и др., 2018; Chen Y. et al., 2020). Как один из ключевых компонентов для практического применения твердотельных батарей, SSE продемонстрировали многочисленные преимущества перед органическим жидким электролитом: (i) характеристики негорючести, высокотемпературной стабильности и нелетучей среды для исключения возгорания или взрыва. органических жидких электролитов (Fergus, 2010; Takada, 2013; Sun et al., 2020), (ii) широкое электрохимическое окно, обеспечивающее лучшую совместимость с катодом с более высоким потенциалом, что значительно улучшает плотность энергии (Judez et al., 2017; Wang et al., 2018), (iii) улучшенная механическая жесткость (особенно для ISE) для подавления роста дендритов из циклических металлических анодов (G динаф и Сингх, 2015; Kim JG et al., 2015), и модуль упругости (особенно для SPE и CSE), обеспечивающий более высокую степень технологичности и гибкости (Yue et al., 2016; Lau et al., 2018; Schnell et al., 2018; Zhou et al., 2018). Однако следует дополнительно изучить и решить несколько проблем: (i) низкая ионная проводимость (<10 ^–5 См см ^–1 для SPE и <10 ^–3 См см ^–1 для ISE) по сравнению с жидким электролитом (> 10 ^–3 См / см ^–1), что приводит к низкой мощности, и (ii) сложности в производстве миниатюрных / больших ИСЭ с высокой хрупкостью.В сочетании с новым дизайном материалов разработка передовых производственных стратегий обеспечит решения вышеуказанных проблем.

Рост технологий аккумуляторов демонстрирует экспоненциальную тенденцию с 1800-х годов, и мы стали свидетелями мотивации разработки аккумуляторов к постепенному переходу от улучшения характеристик электрохимических элементов к удовлетворению требований конфигурации сложных приложений. На рисунке 1 показано несколько важных этапов развития производства аккумуляторов.В качестве самого раннего задокументированного изобретения батареи, гальваническая свая состояла из штабеля из меди, цинка и пропитанной соленой водой ткани в виде цилиндра для хранения электрохимической энергии (Abetti, 1952; Warner, 2015). Почти шесть десятилетий спустя Гастон Планте (Kurzweil, 2010) погрузил блоки параллельных свинцово-оксидных пластин в серную кислоту и создал первую аккумуляторную батарею. Как гальванические, так и свинцово-кислотные батареи основывались на наложении металлических пластин друг на друга для увеличения напряжения элементов (Warner, 2015).Поскольку развитие продолжается, в никель-кадмиевых батареях использовалась цилиндрическая ячейка, заполненная электродами из уплотненного металлического листа, свернутыми в катушку с увеличенной площадью поверхности, чтобы уменьшить сопротивление батареи. Эта цилиндрическая конструкция была принята в более поздних коммерческих щелочных батареях с электродными материалами, заполненными внутренним и внешним слоями (Furukawa et al., 1984). В 1971 году изобретение литий-йодных батарей внесло значительный вклад в промышленность медицинских устройств. В этом элементе батареи использовался металлический пакет с закругленными краями для предотвращения проблем с проникновением, которые могут возникнуть при имплантации острых углов в человеческое тело в составе кардиостимуляторов (Greatbatch and Holmes, 1991; Ruetschi et al., 1995).

Рисунок 1. Развитие производства аккумуляторов.

С момента коммерциализации литий-ионных аккумуляторов (LIB) Sony Co. в 1991 году (Yoshio et al., 2009) в LIB были применены многие традиционные и новые форм-факторы, позволяющие разрабатывать более совершенные продукты с точки зрения эстетики и качества. функциональность. В литий-ионных призматических элементах использовались уплотненные и свернутые электроды, которые ранее использовались в никель-кадмиевых батареях, и они были упакованы в контейнеры, форма которых визуально напоминала плоскую плитку шоколада (Cousseau et al., 2006). Литий-ионные карманные элементы достигли высокой эффективности упаковки 90–95% за счет сварки проводящих контактов с электродной фольгой и герметичного закрытия всех материалов внутри пакета (Buchmann, 2001). Изобретение как литий-ионных призматических, так и карманных ячеек является частью усилий по созданию более тонкой и легкой электроники. С прогрессом в технологической зрелости и сложности в последние годы, новые производственные стратегии могут быть применены к батареям в различных масштабах, которые подходят для различных приложений.Например, наноразмерные батареи, используемые в качестве источника питания в биомедицинских приложениях (Johannessen et al., 2006; Ruzmetov et al., 2012), гибкие батареи для складной / носимой электроники (Dudney, 2008; Leijonmarck et al., 2013; Deng et al., 2017) и потенциально крупномасштабные аккумуляторные сети для хранения возобновляемой энергии (Diouf and Pode, 2015). Однако традиционные стратегии производства аккумуляторов, такие как сухое прессование, литье, центрифугирование и рулон на рулон, неудовлетворительны при изготовлении аккумуляторов сложной формы или микро / нанометров, особенно для ISE (Manthiram et al., 2017; Schnell et al., 2018; Dirican et al., 2019). Поэтому существует потребность использовать новую производственную стратегию для решения вышеуказанных проблем.

Появление технологии 3D-печати предложило уникальный метод производства, позволяющий создавать детали с высокой сложностью и прекрасными характеристиками (Chen Z. et al., 2019; Santoliquido et al., 2019). Хотя использование технологии 3D-печати может быть многообещающей альтернативой в производстве SSE, первоначальная цель развития 3D-печати не была направлена на производство батарей.В результате существует огромный разрыв между возможностями современных технологий 3D-печати и требованиями к производству аккумуляторов. Этот обзор направлен на устранение разрыва путем анализа существующих ограничений в производстве SSE и выявления будущих потребностей. Благодаря всестороннему обзору традиционных и новых производственных стратегий SSE, мы стремимся обеспечить руководство и просвещение в отношении потенциальных прорывов в производственных технологиях как для лабораторных исследований, так и для промышленного производства.

Традиционные производственные стратегии

Твердые полимерные / композитные электролиты

Твердые полимерные электролиты (ТПЭ) были тщательно изучены для складных и растягиваемых батарей (Commarieu et al., 2018; Liang et al., 2018; Chen Y. et al., 2020) благодаря нескольким преимуществам, таким как высокая гибкость, простота технологичность и хорошая смачиваемость. Для производства ТФЭ можно использовать три различных пути: обработка на основе порошка, влажная химическая обработка и обработка с высокой вязкостью.Для обработки на основе порошков сначала используется процесс сухого измельчения на высокой скорости для приготовления хорошо перемешанных мелких порошков, а затем ТФЭ могут быть получены путем сухого прессования (Li et al., 2018), горячего / холодного изостатического прессования ( Appetecchi et al., 2001) или процесс осаждения (Hafner et al., 2019). Преимуществами обработки на основе порошков являются простота эксплуатации, низкие требования к оборудованию и возможное исключение стадий уплотнения (Nguyen et al., 2019). Однако этот процесс требует больших затрат времени и энергии, и его трудно масштабировать.Для влажной химической обработки необработанные частицы сначала диспергируют с растворителем для получения суспензии с заданной вязкостью, а затем формируют SPE путем заливки раствора (Sun et al., 2019), электрофоретического осаждения (Blanga et al., 2015), или процесс нанесения покрытия (Park et al., 2006). Преимуществами мокрой химической обработки являются хорошая смачиваемость и высокая производительность (Liu et al., 2017). Однако недостатком является необходимость удаления растворителя. Для обработки с высокой вязкостью сначала готовят высоковязкую пасту, не содержащую растворителей, состоящую из полимеров, при повышенных температурах, а затем применяют процесс экструзии для создания SPE с желаемым форм-фактором (Li W.et al., 2017), которому в некоторых случаях способствует ультрафиолетовое (УФ) облучение для сшивания полимерных цепей. Преимуществами этого процесса являются обработка без использования растворителей и образование гибких мембран с низкой пористостью (Wang et al., 2005). Недостатками могут быть ограниченная производительность во время процесса экструзии и высокий процент дефектов в неравномерно нанесенных полимерных пленках. Основными проблемами SPE являются низкая ионная проводимость 10 ^–8 ∼10 ^–5 См см ^–1 при температуре окружающей среды (Liang et al., 2018), а также высокое межфазное сопротивление за счет полимерного изоляционного материала Li ⁺ (Wan et al., 2019).

CSE, состоящие из полимерных и неорганических частей, разработаны для достижения удовлетворительных комплексных свойств и исключительных синергетических эффектов по сравнению с однокомпонентным электролитом. Из-за присутствия полимера производственные стратегии CSE аналогичны стратегиям производства SPE, о которых сообщалось в предыдущих обзорах (Commarieu et al., 2018; Liu et al., 2018; Tan et al., 2018; Ли и др., 2020). Одной из самых популярных технологий получения CSE является электроспиннинг, при котором образуются переплетенные и высокопористые нановолокна с большим отношением поверхности к объему и повышенной механической прочностью за счет эффектов переплетения и армирования (Cavaliere et al., 2011; Wootthikanokkhan et al. ., 2015; Carli et al., 2019). Общей проблемой, которую следует отметить при производстве CSE, является ограниченная массовая загрузка неорганических материалов, которые легко агломерируются и, таким образом, ухудшают ионную проводимость и механическую прочность батарей.В целом, SPE и CSE обладают высокой технологичностью благодаря высокой гибкости полимерных материалов.

Неорганические твердые электролиты

Неорганические твердые электролиты можно разделить на группы кристаллических, стеклянных и стеклокерамических электролитов. Большинство кристаллических электролитов — это керамика, например, типа NASICON, типа перовскита и типа граната, которые стабильны в окружающем воздухе, что может упростить изготовление элементов и повысить безопасность. Керамический электролит обычно получают методом сухого прессования с последующим высокотемпературным спеканием (Li C.и др., 2019). Чтобы выполнить сухое прессование для получения плотного керамического электролита, тонкоизмельченные порошки необходимо предварительно смешать с ~ 5 мас.% Поливинилового спирта, который легко создает микро- / макропоры после обработки для удаления связующего. Кроме того, давление на порошок в разных положениях в осевом направлении неодинаково, что приводит к неравномерной плотности и составу образца, полученного методом сухого прессования (Suvacı, Messing, 2001; Tanaka et al., 2006; Schiavo et al., 2018). . В качестве альтернативы можно выбрать коллоидный процесс для приготовления керамических электролитов с высокой относительной плотностью и хорошей однородностью состава (Lewis, 2004; Franks et al., 2017). При коллоидном формовании приготовление суспензий с высоким содержанием твердых веществ (> 50 об.%) И низкой вязкостью [<1 Па⋅с при скорости сдвига 100 с ^–1 (Tallon and Franks, 2011; Chen AN et al. ., 2020)] является ключевым фактором для непористого литья и плотной керамической подготовки. Следует отметить, что керамические электролиты обычно требуют осторожности при выборе растворителей, поскольку они могут вызвать нежелательную диффузию компонентов или реакцию (Li B. et al., 2017; Lim et al., 2018; Hitz et al., 2019).Другой частью кристаллического электролита является тио-ЛИЗИКОН (система Li ₂ SP ₂ S ₅), который может достигать высокой ионной проводимости 10 ^–3 ∼10 ^–2 См см ^–1 из-за более поляризуемого электронного облака серы (Zhang et al., 2019; Shan et al., 2020). Процесс производства электролита тиолизикон аналогичен керамическому электролиту, хотя обычно требуется контролируемая инертная атмосфера из-за его чувствительности к воздуху (Manthiram et al., 2017). Кроме того, кристаллический электролит также может быть изготовлен с помощью тонкопленочной обработки, такой как импульсное лазерное осаждение (Fujimoto et al., 2015), химическое осаждение из паровой фазы (Gelfond et al., 2009), напыление (Lethien et al., 2011). ), золь-гель осаждение (Jung et al., 2001) и др.

Стекловидные электролиты привлекли большое внимание из-за их нескольких преимуществ по сравнению с кристаллическими материалами: изотропная ионная проводимость, отсутствие сопротивления границ зерен, легкость изготовления пленки, легкость модификации состава и т. Д.В общем, существует четыре основных метода обработки для образования стеклообразных электролитов: закалка расплава, механическое измельчение, золь-гель синтез и влажная химическая реакция. Метод закалки в расплаве включает начальный предварительный нагрев / плавление исходных материалов до температуры выше 900 ° C и последующее прессование / отжиг (Pradel et al., 1985). Это наиболее часто используемый метод производства стеклообразных и стеклокерамических электролитов. Из-за сильной склонности к кристаллизации некоторых составов стекла используется закалочное устройство с двумя валками для достижения высокой скорости охлаждения за счет уменьшения объема расплавленного стекла (Pradel et al., 1985; Minami et al., 2006). Недостатком метода закалки в расплаве являются высокие температуры и довольно сложная установка, которая может быть потенциально опасной. Благодаря простоте производственных процедур и способности улучшать измельчение / однородность при температуре и давлении окружающей среды, метод механического измельчения может быть легко применен для производства больших количеств хорошо перемешанных мелких порошков при низких затратах. Однако процесс аморфизации во время измельчения действительно сильно зависит от времени, и для наблюдения аморфного гало на рентгенограммах может потребоваться до 20 часов (Morimoto et al., 1999; Hayashi et al., 2002). Метод золь-гель синтеза для производства стеклообразных электролитов включает в себя процесс контролируемого гидролиза, поликонденсации, гелеобразования и дегидратации (Hench and West, 1990). В зависимости от состава стекла различные алкоксиды металлов или неорганические соединения используются в качестве предшественников для смешивания с подходящим растворителем на стадии гидролиза. Следующая реакция конденсации затем формирует связь и связь для основы стеклянной сети (Hench and West, 1990). Благодаря реакции и перемешиванию в жидком состоянии золь-гель синтез может достигать высокой однородности при относительно низких температурах (Hench and West, 1990; Venkatasubramanian et al., 1991; Данн и др., 1994). Подобно процедурам золь-гель синтеза, метод влажной химической реакции позволяет получить желаемую композицию посредством перегруппировки молекулы / связывания во время реакции в жидком состоянии. Органические соединения обычно используются в качестве растворителя для растворения исходных химикатов (Teragawa et al., 2014; Phuc et al., 2016; Choi et al., 2017).

Стеклокерамические электролиты представляют собой класс материалов со смесью аморфной и микрокристаллической микроструктуры, которую обычно получают путем контролируемой нуклеации и кристаллизационной обработки соответствующего стекломатериала при температуре выше температуры стеклования (Варшнея и Мауро, 2019).Подобно обычным технологиям производства стеклообразных электролитов, во многих предыдущих публикациях сообщалось о стеклокерамических электролитах, полученных закалкой в расплаве или механическим измельчением с последующей стадией отжига (Hayashi et al., 2003; Trevey et al., 2009; Tatsumisago and Хаяси, 2012). Однако температура и время отжига могут повлиять на структурное устройство кристаллических фаз и повлиять на ионную проводимость (Xie et al., 2009). Об использовании золь-гель-синтеза и методов влажной химической реакции для получения ИСЭ из стеклокерамики также сообщалось в нескольких недавних работах (Kotobuki et al., 2013; Teragawa et al., 2014; Ли и др., 2015; Ma et al., 2016; Phuc et al., 2016).

Хотя ISE предлагают многочисленные преимущества в технологии твердотельных аккумуляторов, их хрупкая природа создает многочисленные проблемы обработки и интеграции. После изготовления ISE обычно требуется дополнительная обработка, такая как шлифовка или резка, чтобы получить желаемые формы для объединения с электродными слоями. Однако многие материалы ISE неизбежно сталкиваются с дилеммой перекрестного химического загрязнения или структурного повреждения во время последующей обработки.Например, керамические электролиты могут разрушаться во время резки, а электролиты из стекла / стеклокерамики могут иметь побочные реакции, связанные с водой или повышенной температурой во время шлифования / полировки. Следовательно, последующая обработка может значительно увеличить производственные затраты и продлить производственный цикл. Краткое изложение традиционных технологий производства SSE представлено в схемах на рисунке 2, где эти общие методы представляют аналогичные ограничения в достижении сложных форм-факторов, необходимых для будущих приложений для аккумуляторов.В этих условиях исследования в области трехмерной печати SSE привлекли все большее внимание из-за ее способности обеспечить одноэтапное производство SSE с желаемыми форм-факторами. В обход многих дополнительных шагов, требуемых традиционными методами, в будущем полностью интегрированное производство твердотельной батареи может быть достигнуто с помощью 3D-печати. Далее в этом обзоре будут обсуждаться существующие стратегии 3D-печати для SSE, а затем подчеркнуты перспективы и возможность повышения производительности 3D-печатных SSE.

Рис. 2. Схемы традиционных производственных стратегий с (A) Оптическое изображение твердого полимерного электролита на основе полиэтиленоксида (ПЭО). Воспроизведено из Chen C. et al. (2019) по лицензии Creative Commons Attribution. (B) Схема твердого композитного электролита, включающего Li _6,75 La ₃ Zr _1,75 Ta _0,25 O ₁₂ (LLZTO) и поливинилиденфторид (PVDF). Воспроизведено с книги Чжан X.и другие. (2017) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (C) Оптическое изображение пленки керамического электролита Li _0,34 La _0,56 TiO ₃ (LLTO). Воспроизведено из Jiang et al. (2020) с разрешения John Wiley & Sons-Books.

Технологии 3D-печати

Аддитивное производство, то есть 3D-печать, относится к передовой технологии изготовления, при которой трехмерные объекты строятся послойно на основе файлов компьютерного проектирования (САПР) (Chen A.Н. и др., 2017; Мао и др., 2017). По сравнению с традиционным методом технология 3D-печати продемонстрировала уникальные преимущества в быстром создании прототипов очень сложных и точных структур. Это преимущество может значительно упростить процедуру изготовления и сократить отходы материала для снижения стоимости производства (Chen A.N. et al., 2018; Li M. et al., 2019). Кроме того, 3D-печать способна смягчить ограничения, присущие форм-фактору аккумуляторов, и преобразовать производство аккумуляторов от простого двухмерного к сложному трехмерному (Pang et al., 2019; Cheng et al., 2020; Ян и др., 2020). Учитывая вышеупомянутые преимущества, для производства SSE были применены несколько методов 3D-печати. Эти методы 3D-печати SSE можно разделить на следующие две категории: печать на основе прямой записи (DW) [например, прямая запись чернилами (DIW), струйная печать (IJP), аэрозольная струйная печать (AJP) и наплавленное нанесение. моделирование (FDM)] и печать на основе литографии [например, стереолитография (SL) и цифровая обработка света (DLP)]. Далее будут обсуждаться последние достижения в исследованиях стратегий 3D-печати SSE, начиная с аспектов выбора сырья, конверта сборки и разрешения печати.

3D-печать твердотельных электролитов на основе DW

Рукописный ввод

Прямая рукопись (DIW) является наиболее широко используемой техникой 3D-печати для производства SSE благодаря ее низкой стоимости, простоте в эксплуатации и широкому выбору сырья (металлы, полимеры и керамика) (Ambrosi and Pumera, 2016; Du et al. , 2017). Схема процесса DIW показана на рисунке 3A. В процессе печати вязкоупругие чернила на гелевой основе выдавливаются непосредственно из сопловой головки в виде непрерывной нити.Перемещая сопло вверх, можно создавать спроектированные трехмерные объекты путем последовательного послойного нанесения. После печати чернильные материалы быстро затвердевают под воздействием испарения растворителя, гелеобразования, фазовых изменений, вызванных температурой или растворителем (Naficy et al., 2014). Обычно разрешение печати объектов, напечатанных методом DIW, определяется диаметром сопла, который составляет от десятков до сотен микрометров. Для печати SSE с высоким разрешением (10–100 мкм) решающим фактором является высокопроизводительный состав краски.Печатная краска должна быть модулирована, чтобы обеспечить хорошее истончение при сдвиге, обеспечивающее плавный поток чернил через сопло, и требуется достаточно высокий предел текучести и модуль упругости, чтобы обеспечить сохранение формы экструдированных нитей (Chang et al., 2019 ).

Рис. 3. Прямое рукописное письмо (DIW). (A) Схема и СЭМ-микроскопия гелевого электролита для Zn-MnO ₂ микро-батареи. Воспроизведено из Ho et al. (2010) с разрешения IOP Publishing, Ltd. (B) Схематические и оптические изображения полимерного электролита для Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ -графеноксидная батарея. Воспроизведено из Fu et al. (2016) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (C) Схема и СЭМ-микрофотография композитного твердого электролита (CSE) для гибких LIB (LiFePO ₄ / CSE / Li ₄ Ti ₅ O ₁₂). Воспроизведено из Blake et al. (2017) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (D) СЭМ-микроскопия и оптическое изображение CSE для LIB с электродом MnO ₂. Воспроизведено из Cheng et al. (2018) с разрешения John Wiley & Sons-Books. (E) Схема и микрофотографии, сделанные на сканирующем электронном микроскопе Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ (LLZ) керамический электролит для литий-металлической батареи (Li / LLZ / Li). Воспроизведено Mcowen et al. (2018) с разрешения John Wiley & Sons-Books.

В 2010 году Хо и др. Сообщили о первом напечатанном на DIW ионно-жидком геле SSE.(2010). Как показано на рисунке 3A, SSE был зажат между электродами в микробатареи Zn-MnO ₂. Напечатанная ячейка показала емкость 0,98 мАч см ^–2 и плотность энергии 1,2 мВтч см ^–2 более чем за 70 циклов. Fu et al. (2016) печатные полимерные композитные электролитные чернила с регулируемой вязкостью для Li ₄ Ti ₅ O ₁₂-графеноксид (GO) встречно-штыревой батареи (Рисунок 3B). Отмечено, что хлопья GO регулировались для выравнивания вдоль направления экструзии в нанесенных электродах, что могло улучшить электрическую проводимость и обеспечить достаточную площадь поверхности для размещения электролита.CSE были созданы для гибких LIB компанией DIW (рисунки 3C, D; Blake et al., 2017; Cheng et al., 2018). По сравнению с коммерческим полиолефиновым сепаратором напечатанные CSE продемонстрировали сопоставимые высокие электрохимические характеристики, лучшую термостабильность, смачиваемость электролитом и циклическую способность (Blake et al., 2017). Mcowen et al. (2018) подготовили керамический электролит Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂ (LLZ) с различными микрометрическими характеристиками для металлической литиевой батареи (рис. 3E).Было доказано, что эти электролитные структуры обеспечивают батареи с хорошими механическими свойствами, более низким полным сопротивлением элементов и улучшенной энергией и удельной мощностью. О подобной работе DIW также сообщалось в другой литературе (Braam et al., 2012; Wei et al., 2018; Ma and Devin Mackenzie, 2019). Основные преимущества DIW заключаются в широком выборе сырья и широком диапазоне размеров сборки (100 мкм – 10 см). Использование концентрированных вязкоупругих паст позволяет создавать трехмерные структуры без необходимости использования опор (например, порошкового слоя, емкости для жидкости или печатных опор вручную) (Chen Z.et al., 2019), что может упростить процесс печати, исключить процесс обработки поверхности и максимально использовать сырье. DIW хорошо изучен для изготовления индивидуальных пористых структур, обладающих периодическими характеристиками, с минимальным разрешением или без него. Однако приготовление вязкоупругих паст на гелевой основе для DIW является сложной задачей. Кроме того, особенности печати DIW ограничены структурами поленницы из-за форм экструдированного волокна, что свидетельствует о трудностях в изготовлении плотных структур.

Струйная печать

Струйная печать (IJP) — это метод бесконтактного нанесения материала на основе капель, который может напрямую выбрасывать микрокапли чернил через сопла на различные типы подложек для создания двумерных (2D) узоров (Dobrozhan et al., 2020). Схема процесса IJP показана на рисунке 4A. В качестве многообещающего метода был изучен IJP для печати на нескольких материалах, включая металл, полимеры, гелевые, белковые материалы и т. Д. (Fritzler and Prinz, 2017).Обычно чернила для IJP должны быть в разбавленной жидкой форме с достаточно низкой динамической вязкостью и поверхностным натяжением. Количественная характеристика, основанная на физических свойствах чернил, была предложена Дерби (2010) для оценки того, можно ли описать чернила как «пригодность для печати» для IJP: Z = 1/ Oh = ( γρα ) ^{1 / 2}/ η , где Z — величина, обратная безразмерному числу, Oh — число Онезорге, α — характерная длина, представляющая радиус сопла, и ρ , η и γ — плотность, динамическая вязкость и поверхностное натяжение чернил соответственно.В случае 1 < Z <10 ожидается, что чернила будут производить стабильные капли, чтобы обеспечить процесс IJP.

Рисунок 4. Струйная печать (IJP). (A) Схема процесса IJP; (B) СЭМ поперечного сечения и элементное картирование пористого композитного LiFePO ₄ электрода с печатными ионогелевыми электролитами; (C) Температурная ионная проводимость напечатанных ионогелей; (D) Гальваностатическое циклирование полуэлемента с использованием напечатанных ионогелей и LiFePO ₄ и Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ пористых композитных электродов.Воспроизведено Delannoy et al. (2015) с разрешения Elsevier Science and Technology Journals.

Применение IJP для печати SSE было впервые описано в литературе Delannoy et al. (2015). Авторы нанесли ионогелевые чернила на основе диоксида кремния непосредственно на пористые композитные электроды, чтобы сформировать SSE для LIB (рис. 4A – D). Ионогель SSE показал высокую ионную проводимость, хорошее термическое сопротивление и отличную совместимость с пористыми электродами, что позволило изготавливать микро-LIB с высокой поверхностной емкостью и хорошими характеристиками электрохимического цикла.Полная ячейка с использованием IJP-отпечатанного ионогеля SSE с LiFePO ₄ и Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ пористых композитных электродов продемонстрировала поверхностную емкость 300 мАч см ^–2 в течение более 100 циклов, что составляло более конкурентоспособны, чем у микроустройств, полученных с помощью дорогостоящего процесса физического осаждения из паровой фазы. В методе IJP диаметр сопла обычно меньше 5 мкм, что меньше, чем у DIW (от десятков до сотен микрометров).В этом случае IJP позволяет изготавливать спроектированные структуры с более высоким разрешением (5–20 мкм), что способствовало применению IJP в областях микроэлектроники и энергетических устройств. Однако объекты, напечатанные IJP, в основном ограничены двумерным пространством со строительной оболочкой от 50 мкм до 10 мм и не могут быть адаптированы для нанесения толстых рисунков из-за очень небольшого объема исходных чернил. Кроме того, IJP имеет ограниченную гибкость при изготовлении сложных структур (например, полых и выступающих) из-за трудностей при изготовлении подложки с использованием экструдированных разбавленных жидких чернил.Эти ограничения ограничили его дальнейшее применение.

Аэрозольная струйная печать

Аэрозольная струйная печать (AJP) — это относительно новый подход к бесконтактному нанесению, ориентированный в первую очередь на изготовление печатной электроники. Сырье (например, металлы, полимеры и керамика) для нанесения AJP должно быть в жидкой форме и распыляться с помощью пневматической или ультразвуковой аэрозоли в капли диаметром 1–5 мкм. Эти капли затем доставляются к субстрату потоком газа, чтобы сформировать желаемый узор (Mahajan et al., 2013). Схема процесса AJP показана на рисунке 5A. Разрешение печати AJP зависит не только от размера сопла, но и от плотности капель и их взаимодействия с подложкой (Hoey et al., 2012). AJP считается потенциальным конкурентом IJP в миллиметровом производстве, поскольку он позволяет бесконтактно наносить на гибкие и трехмерные неплоские подложки, что невозможно для технологий IJP или DIW.

Рисунок 5. Аэрозольная струйная печать (AJP). (A) Схема процесса AJP. Воспроизведено из Hoey et al. (2012) по лицензии Creative Commons Attribution. AJP для электролитов на основе полиэтиленоксида (PEO) в LIB с LiFePO ₄ в качестве катода: (B) Микрофотография поперечного сечения электролитов на основе PEO с помощью сканирующего электронного микроскопа; (C) Температурная проводимость электролитов на основе ПЭО; (D) Кривые разряда для аккумуляторов, созданных из электролита на основе ПЭО при 45 ° C со вставкой для измерения при 75 ° C.Воспроизведено из Deiner et al. (2019) с разрешения John Wiley & Sons-Books.

Применение AJP для печати SSE было впервые описано в литературе Deiner et al. (2019). В этой работе представлен состав чернил, состоящий из ПЭО, дифтор (оксалат) бората лития и наночастиц Al ₂ O ₃, подходящих для осаждения AJP (Рисунки 5B – D). Результаты показали, что геометрия и транспортные свойства напечатанных SPE в основном чувствительны к химической идентичности аниона литиевой соли и соотношению EO: Li.LIB с нанесенными на AJP SPE могут быть разряжены при C / 15 с емкостью> 85 мАч g ^–1 при 45 ° C и 162 мАч g ^–1 при 75 ° C. По сравнению с IJP, AJP имеет следующие преимущества: (i) экструдированные чернила обеспечивают гораздо более высокую вязкость, больший размер частиц и содержание твердых частиц благодаря процессу распыления, который воспроизводит мелкие капли, (ii) он основан на непрерывном генерировании туман из капель диаметром 1–5 мкм, что указывает на более высокое разрешение печати (∼5 мкм) и скорость осаждения, чем в процессе IJP «капля по требованию», и (iii) непрерывный туман состоит из высокоплотных плотно сфокусированные капли демонстрируют прекрасную способность предотвращать засорение сопла.Однако масштабируемость системы осаждения, особенно для обработки больших площадей (с рабочей зоной> 3 мм), по-прежнему является сложной задачей для AJP из-за размера сопла и принадлежностей. Кроме того, стоимость дополнительных принадлежностей и сфокусированного потока газа в системе AJP обычно высока.

Моделирование наплавленного осаждения

Моделирование наплавленного осаждения (FDM) — это хорошо известный метод 3D-печати для создания сложных объектов как в промышленности, так и в академических кругах, благодаря своей простоте и доступной машинной доступности (Bellini and Güçeri, 2003).Механизм формования FDM аналогичен механизму DIW, который основан на принципе экструдирования материала, в то время как их сырье и процесс подачи отличаются. Схема процесса FDM показана на рисунке 6A. Материалы для печати FDM должны быть твердыми и термопластичными в форме тонкой нити, которая может быть доставлена в экструзионную головку с помощью приводных колес. После экструзии из сопла термопластические материалы, нагретые до состояния стеклования, кристаллизуются и затвердевают, осаждаясь на подложке.Обычными термопластическими материалами, используемыми в технике FDM, являются нити из акрилонитрил-бутадиен-стирола и полимолочной кислоты (PLA), в которых PLA приобретает все большую популярность из-за своей экологически чистой природы. Несмотря на эти преимущества, метод FDM редко применялся для изготовления SSE из-за низкой ионной проводимости термопластов. Следовательно, разработка термопластичных материалов в форме нитей с высокой ионной проводимостью является ключом к производству SSE с помощью FDM.

Рис. 6. Моделирование наплавленного осаждения (FDM). (A) Схема процесса FDM. Воспроизведено из Klippstein et al. (2018) с разрешения John Wiley & Sons-Books. FDM для электролитов на основе полимолочной кислоты (PLA) в LIB (титанат лития / матрица PLA / оксид лития-марганца): (B) Отдельные компоненты монетного элемента, напечатанного на 3D-принтере; (C) Емкость и кулоновский КПД при плотности тока 20 мАg ^–1 на 100 циклов; (D) Оптическое изображение отпечатанной батареи, питающей светодиод; (E) SEM — поперечное сечение одной батареи для печати.Воспроизведено из Reyes et al. (2018) с разрешения Американского химического общества.

В 2018 году Reyes et al. (2018) впервые синтезировали электролитные нити на основе PLA для печати методом FDM с наивысшей ионной проводимостью 0,031 мСм⋅см ^–1 путем вливания смеси этилметилкарбоната, пропиленкарбоната и LiClO ₄. Они также разработали материалы электродов из PLA для трехмерной печати полных LIB произвольной формы, таких как плоские элементы и встроенные батареи, используемые в носимых электронных устройствах, как показано на рисунках 6B – E.Однако напечатанная полная ячейка имеет более низкую кулоновскую эффективность (∼88,5% в течение первых 50 циклов) по сравнению с таковой у обычных LIB (∼95–99%) (Smith et al., 2010). FDM предлагает множество преимуществ, таких как низкая стоимость печати, возможности большого размера (максимальный размер сборки ~ 10 см) и, в частности, возможность печати структуры из нескольких исходных материалов. Тем не менее, все еще существует несколько ограничений на производство SSE с помощью FDM: (i) материалы для печати ограничены термопластами и должны быть сформированы в нити, (ii) термопластические нити должны быть нагреты до состояния стеклования при высокой температуре 150 ° C. –180 ° C, и (iii) разрешение печати FDM вместе с осью Z составляет от 50 до 200 мкм, что приводит к плохому качеству поверхности и управляемости структуры.

Трехмерная печать твердотельных электролитов на основе литографии

Стереолитография

Стереолитография (SL) считается наиболее известной и популярной техникой 3D-печати и применяется для изготовления деталей из полимеров, керамики и стекла (Eckel et al., 2016; Ngo et al., 2018; Santoliquido et al. , 2019). Схема процесса SL показана на рисунке 7A. SL позволяет изготавливать сложные трехмерные микрорешетки путем избирательной полимеризации и отверждения фотоотверждаемой смолы с использованием источника света определенной длины волны (обычно в УФ-диапазоне) (Chartrain et al., 2018). Процесс полимеризации обычно протекает на поверхности жидкости. После завершения одного слоя полимеризации чан или платформа, поддерживающая строительную часть, поднимается или опускается на толщину слоя. Иногда требуется лезвие, чтобы выровнять поверхность жидкости перед полимеризацией следующего слоя. Фотоотверждаемая смола SL состоит в основном из фотоактивных мономеров и других добавок в очень небольших количествах, особенно фотоинициатора (Manapat et al., 2017). По сравнению с техникой 3D-печати на основе DW (например.g., DIW, IJP, AJP и FDM), SL может изготавливать произвольную трехмерную геометрию, включая различные полые резные детали с высоким разрешением вплоть до микрометрового масштаба, и может устранить ограничения, связанные с траекторией инструмента и последовательной экструзией (Yang et al. ., 2016). Следовательно, SL имеет высокий потенциал для изготовления различных типов SSE, включая SPE, CSE и ISE.

Рисунок 7. Стереолитография (SL). (A) Схема процесса SL. Воспроизведено из Gross et al.(2014) с разрешения Американского химического общества. SL для твердотельных электролитов (SSE): (B) Процесс трафаретной печати с использованием УФ-отверждения твердых полимерных электролитов (SPE, = этоксилированный мономер триметилолпропантриакрилата / электролит с высокой температурой кипения / наночастицы Al ₂ O ₃) тонкий слой для LIB [LiFePO ₄ (LFP) / SPE / Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ (LTO)]. Воспроизведено с книги Kim S.H. и другие. (2015) с разрешения Американского химического общества. (C) Оптическое изображение и трехмерная структура ТФЭ на основе полиэтиленгликоля для микро-LIB (LFP / SPE / LTO). Воспроизведено из Chen Q. et al. (2017) с разрешения IOP Publishing, Ltd. (D) Схематические и SEM-изображения 3D-печатных шаблонов с кубической, гироидной, алмазной и бижелевой микроархитектурой Li _1,4 Al _0,4 Ge _1,6 (PO ₄) ₃ (LAGP) -эпоксидные электролиты для литий-металлических аккумуляторов с симметричными литиевыми электродами.Воспроизведено Zekoll et al. (2018) с разрешения Королевского химического общества. (E) Оптическое изображение, изображения SEM и кривые зависимости напряжения / мощности-тока от манганита лантана-стронция (LSM-YSZ) / YSZ / Ni-YSZ твердооксидных элементов. Воспроизведено из Pesce et al. (2020) под непортированной лицензией Creative Commons Attribution 3.0, опубликованной Королевским химическим обществом.

В 2015 году Kim S.H. и другие. (2015) подготовили слой SPE и электроды, встроенные в матрицу SPE на произвольных объектах, а затем собрали в многослойные гибкие LIB в различных форм-факторах (рис. 7B).Напечатанные батареи продемонстрировали хорошую способность длительного хранения заряда и средний уровень объемной плотности энергии. Chen Q. et al. (2017) разработали УФ-отверждаемую смолу на основе полиэтиленгликоля для SL-печати гелевого полимерного электролита 3D для микро-LIB дешевым и высокопроизводительным способом. Как показано на рисунке 7C, напечатанный зигзагообразный GPE может увеличить площадь контакта с электродами, а улучшенная ионная проводимость 4,8 × 10 ^–3 См · см ^–1 может быть получена при температуре окружающей среды, что сравнимо с что жидкого электролита.Zekoll et al. (2018) сообщили о SL-печатных CSE, содержащих трехмерный бинепрерывный Li _1,4 Al _0,4 Ge _1,6 (PO ₄) ₃ (LAGP) керамический электролит и изолирующий полимер (эпоксидный полимер, полипропилен) для Li металлический аккумулятор (рис. 7D). Этот метод может точно контролировать соотношение керамики и полимера, а также геометрию и размер разнообразных точных микроархитектур, таких как кубические, гироидные, алмазные и бижелевые структуры. Гироидный LAGP-эпоксидный электролит имел ионную проводимость 1.6 × 10 ^–4 См см ^–1, что было на тот же порядок величины, что и таблетка LAGP, в то время как печатный электролит продемонстрировал на 28% более высокую прочность на сжатие и до пяти раз большую прочность на изгиб. Недавняя работа, опубликованная Pesce et al. (2020) разработали самоподдерживающиеся цельнокерамические электролиты из 8 мол.% Оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (YSZ) для твердооксидных топливных элементов (SOFC), напечатанных SL (рис. 7E). Напечатанные плотные и не содержащие трещин электролиты 8YSZ достигли ионной проводимости до 3.0 × 10 ^–2 См см ^–1 при 800 ° C в плоской и гофрированной геометриях. Гофрированные электролиты YSZ с печатью SL показали увеличение удельной мощности на 57% (410 мВт · см ^–2 при 900 ° C) по сравнению с традиционной технологией ТОТЭ, что в основном было связано с геометрическими аспектами с высоким аспектным отношением. SL продемонстрировал множество преимуществ, таких как высокое разрешение печати (10–100 мкм) и качество поверхности. Кроме того, SL имеет большой потенциал в подготовке SSE для многомасштабных батарей, особенно для батарей микронного размера.Однако доступность светочувствительных смол или полимеров-предшественников для печати SL ограничена и требует больших затрат (около 100 долларов США / кг для светочувствительных смол и более дорого для предшественников), а для печати полых или нависающих структур требуются ручные опоры.

Цифровая обработка света

Цифровая обработка света (DLP) — это метод SL на основе маски, использующий цифровое микрозеркальное устройство (DMD) для проецирования световой маски, которая служит для затвердевания всего слоя за несколько секунд (Chartrain et al., 2018). Механизм формования и сырье DLP аналогичны SL. Схема процесса DLP показана на рисунке 8A. В системе DLP DMD представляет собой массив из нескольких миллионов микроскопически маленьких зеркал на полупроводниковом кристалле, и каждое зеркало представляет один или несколько пикселей в проецируемом изображении (Han et al., 2019). В этом случае разрешение печати DLP связано с количеством зеркал в DMD. Слоистое затвердевание в DLP предлагает многочисленные преимущества по сравнению с процессом покточечного сканирования SL: (i) время построения значительно сокращается, поскольку оно в основном зависит от толщины слоя и времени воздействия, и (ii) остаточное напряжение DLP образцов мало, поскольку не существует разницы между контуром и внутренней областью во время затвердевания слоя.Эти преимущества привлекли значительное внимание при изготовлении плотной керамики в различных областях, включая керамические электролиты для ТОТЭ.

Рисунок 8. Цифровая обработка света (DLP). (A) Схема процесса DLP. Воспроизведено из Luongo et al. (2020) с разрешения John Wiley & Sons-Books. DLP для полностью плотного электролита из диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (8YSZ), с концентрацией 8 мол.% В твердооксидном топливном элементе (NiO-8YSZ / 8YSZ / La _0,8 Sr _0.2 MnO ₃): (B) SEM-изображения напечатанного YSZ под разными углами; (C) СЭМ-изображения волнистого YSZ; (D) Кривые напряжения и плотности тока для полных волнообразных ячеек. Воспроизведено из Xing et al. (2020) с разрешения Elsevier Science & Technology Journals.

Самая последняя работа по производству керамического электролита методом DLP была проведена Xing et al. (2020). Чтобы улучшить характеристики ТОТЭ, был разработан полностью плотный электролит YSZ с концентрацией 8 моль% с волнообразной формой и приготовленный методом DLP с различными углами печати (0 °, 15 °, 30 °, 45 °) (Рисунки 8B, C).Этот напечатанный специальный электролит может увеличить границу раздела электрод-электролит на ~ 36% и, таким образом, повысить удельную мощность на ~ 32% при температуре испытания 800 ° C и на ~ 37% при 700 ° C по сравнению с эталонным электродом. ячейка (рис. 8D). Эта работа продемонстрировала потенциал для производства конкретных шаблонных SSE с помощью DLP для изготовления SOFC с улучшенными и предсказуемыми характеристиками. DLP имеет сопоставимое с SL разрешение печати (10–100 мкм) и качество поверхности, но значительно сокращает время сборки и меньшее остаточное напряжение, что позволяет изготавливать высоконадежные SSE с высокой эффективностью.Однако дорогие светочувствительные смолы / прекурсоры и ручные опоры по-прежнему являются проблемами, с которыми сталкивается DLP.

В последние годы были разработаны различные методы трехмерной печати на основе литографии, такие как двухфотонная полимеризация (TPP) (Truby and Lewis, 2016), непрерывное производство поверхности раздела жидкостей (CLIP) (Tumbleston et al., 2015) и проектирование Микростереолитография (PμSL) (Park et al., 2012), все они могут обеспечить сопоставимое или более высокое разрешение печати, чем 10–100 мкм (рис. 9).CLIP имеет разрешение печати 50 ~ 100 мкм, в то время как детали могут быть извлечены непосредственно из смолы за считанные минуты с использованием проницаемого для кислорода окна (Tumbleston et al., 2015). PμSL может обеспечить разрешение печати 2-8,5 мкм с использованием трехмерного DMD с оттенками серого в качестве динамической маски и уменьшающей линзы в качестве пространственного модулятора света (Sun et al., 2005). В частности, TPP позволяет создавать элементы размером менее 1 мкм за счет одновременного поглощения двух фотонов ближнего инфракрасного (780 нм) или зеленого (515 нм) лазера (Obata et al., 2013). Эта основанная на литографии технология 3D-печати имеет высокий потенциал для изготовления SSE с тонкими характеристиками от сотен нанометров до микрон.

Рис. 9. Сравнение разрешающей способности печати для метода трехмерной печати на основе литографии [стереолитография (SL), цифровая обработка света (DLP), непрерывное создание интерфейса жидкости (CLIP), проекционная микростереолитография (PμSL) и двухфотонная полимеризация ( ТЭС)]. SL воспроизведен из Jansen et al.(2009) с разрешения Американского химического общества. DLP воспроизведен из Lee et al. (2007) с разрешения Американского химического общества. CLIP воспроизведен из Tumbleston et al. (2015) с разрешения Американской ассоциации развития науки. PμSL воспроизведен из Lee et al. (2008) с разрешения John Wiley & Sons-Books. TPP воспроизведено из Obata et al. (2013) по лицензии Creative Commons.

Заключение и перспективы

В этом обзоре мы сначала обсудили общие процессы и ограничения традиционных методов производства SSE.Затем, посредством всестороннего обзора двух больших групп методов 3D-печати, основанных либо на DW, либо на SL, мы указали на преимущества новых технологий 3D-печати по сравнению с традиционными методами производства SSE с точки зрения построения механизмов, выбора сырья, построения конверт, разрешение печати и приложение (наноразмерные, гибкие и крупномасштабные аккумуляторные решетки). Мы подчеркнули перспективы и осуществимость производства SSE с использованием трехмерной печати на основе литографии для преодоления технических барьеров и улучшения совместимости интерфейсов твердое тело-твердое тело.Наконец, мы обсудили несколько существующих проблем, связанных с процессом 3D-печати, и соответствующие будущие перспективы для лучшего решения этих проблем, стремясь предоставить руководство, которое будет стимулировать развитие технологий 3D-печати, более тесно связанных с производством аккумуляторов. В целом, за эволюцией аккумуляторов устойчивой движущей силой всегда были постоянно совершенствующиеся и совершенствующиеся технологии производства.

Благодаря преимуществам высокого разрешения печати, гибкости подготовки очень сложных структур и широкого выбора сырья, технология 3D-печати продемонстрировала свой большой потенциал для производства различных типов и форм-факторов SSE.Тем не менее, есть еще несколько проблем, которые следует решить, а именно: (i) проблемы при производстве SSE, чувствительных к воздуху / влаге. В большинстве технологий 3D-печати используется сырье в жидкой или чернильной форме, такое как DIW, IJP и AJP, (ii) ограничения при производстве с высоким разрешением (вплоть до наномасштаба). Например, нано-LIB для биомедицинских приложений и SSE в форме нанометрового гребня для снижения внутреннего сопротивления, (iii) проблемы при производстве SSE для приложений масштаба сети.Например, SOFC и крупномасштабные аккумуляторные сети для хранения возобновляемой энергии, и (iv) потенциальные проблемы при последующей обработке ISE. Например, напряжение, трещины, летучесть лития и побочные реакции легко возникают во время длительного времени (удаления связующего или спекания) (Nyman et al., 2010; Pfenninger et al., 2019). Для решения вышеупомянутых проблем настоятельно рекомендуются дальнейшие усилия в следующих аспектах: (i) объединить технологию 3D-печати и традиционное производство аккумуляторов, чтобы способствовать разработке полупроводниковых аккумуляторов с высокой плотностью энергии, (ii) повысить разрешение печати. вплоть до нанометра с использованием новых нанотехнологий, (iii) разработка принтеров промышленного уровня или конвейерной платформы для печати для производства SSE для приложений в масштабе сетки и (iv) объединение некоторых инновационных технологий спекания, совместимых с 3D-печатными сложными деталями.

Этот обзор продемонстрировал возможность производства SSE с помощью 3D-печати, но требуются дополнительные усилия, чтобы полностью преодолеть разрыв между текущими технологическими возможностями и будущими производственными требованиями. Хотя 3D-печать предлагает беспрецедентную гибкость в регулировке структурной размерности и сложности SSE по сравнению с традиционными методами, ее не следует принимать за всемогущее решение многих неотъемлемых препятствий при производстве аккумуляторов. Чтобы реализовать больший потенциал применения 3D-печати в производстве аккумуляторов, требуются многопрофильные совместные усилия.С точки зрения материаловедения, необходимы дальнейшие экспериментальные и вычислительные исследования для систематического изучения отношений состав-структура-свойство SSE. Это должно способствовать достижению более высоких плотностей тока и лучшей механической / химической стабильности аккумуляторного элемента. Углубляясь в механизмы реакции с электрохимической точки зрения, можно исследовать и оптимизировать кинетику переноса ионов на границах раздела электрод / электролит, чтобы повысить эффективность переноса проводящего иона.За счет более комплексного проектирования в машиностроении можно было бы интегрировать специальные приспособления для чувствительных к воздуху / влаге образцов в существующие инструментальные установки 3D-печати, чтобы обеспечить более широкий выбор материалов. В целом технология 3D-печати использовала многие преимущества традиционных методов производства на протяжении многих лет. Благодаря совместным усилиям междисциплинарных исследований, 3D-печать с оптимизмом надеется вскоре реализовать весь свой потенциал в производстве SSE. Мы считаем, что широкое распространение технологий 3D-печати должно быть сосредоточено не только на производственном процессе, но и в таких дисциплинах, как химия поверхности, материаловедение и машиностроение.Например, ограниченная доступность и высокая стоимость фоточувствительных смол или полимеров-предшественников для печати (выше 100 долларов за килограмм) для SL заставят нас разрабатывать новые материалы для печати SL с низкой стоимостью и широкой совместимостью с материалами. Плохая совместимость интерфейса твердое тело / твердое тело подтолкнет нас к исследованию модификации поверхности и структурного дизайна SSE с сильным межчастичным взаимодействием и низким импедансом интерфейса. Кроме того, некоторые особые требования (такие как инертная атмосфера и сухая среда) заставят нас разработать особую технику 3D-печати для производства батарей.Следовательно, применение 3D-печати SSE в будущем потребует совместной разработки нескольких дисциплин, таких как химия поверхности, материаловедение и машиностроение.

Авторские взносы

ФС и Ю.С.: концепция или дизайн работы и критическая редакция статьи. AC и CQ: подготовка статьи. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

FS выражает признательность за поддержку фонда запуска со стороны Департамента энергетики и разработки полезных ископаемых Университета штата Пенсильвания.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Сокращения

2D, двухмерный; AJP, аэрозольная печать; CLIP, непрерывное производство поверхности раздела жидкостей; CSE, композитные твердые электролиты; DIW, прямое рукописное письмо; DLP, цифровая обработка света; DMD, цифровое микрозеркальное устройство; DW, прямое письмо; FDM, моделирование наплавленного металла; GO, оксид графена; IJP, струйная печать; ISE, неорганический твердый электролит; ЛАГП, Ли _1.4 Al _0,4 Ge _1,6 (PO ₄) ₃; LFP, LiFePO ₄; LIB, литий-ионные батареи; LLZ, Li ₇ La ₃ Zr ₂ O ₁₂; LTO, Li ₄ Ti ₅ O ₁₂; P μ SL, проекционная микростереолитография; PLA, полимолочная кислота; SL, стереолитография; ТОТЭ, твердооксидный топливный элемент; ТПЭ, твердый полимерный электролит; SSE, твердотельный электролит; TPP, двухфотонная полимеризация; УФ, ультрафиолет; YSZ, оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия.

Список литературы

Appetecchi, G. B., Alessandrini, F., Carewska, M., Caruso, T., Prosini, P. P., Scaccia, S., et al. (2001). Исследование аккумуляторов с литий-полимерным электролитом. J. Источники энергии 97, 790–794.

Google Scholar

Беллини А. и Гючери С. (2003). Механические характеристики деталей, изготовленных с использованием моделирования наплавкой. Rapid Prototyp. J. 9, 252–264. DOI: 10.1108 / 13552540310489631

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Блейк, А.J., Kohlmeyer, R.R., Hardin, J.O., Carmona, E.A., Maruyama, B., Berrigan, J.D., et al. (2017). Керамически-полимерные электролиты для 3D-печати для гибких высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов с повышенной термостойкостью. Adv. Energy Mater. 7: 1602920. DOI: 10.1002 / aenm.201602920

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бланга Р., Бурштейн Л., Берман М., Гринбаум С. Г., Голодницкий Д. (2015). Твердый полимер-керамический электролит, полученный электрофоретическим осаждением. J. Electrochem. Soc. 162, D3084 – D3089.

Google Scholar

Браам, К. Т., Фолькман, С. К., и Субраманиан, В. (2012). Определение характеристик и оптимизация печатной первичной серебряно-цинковой батареи. J. Источники энергии 199, 367–372. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2011.09.076

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бухманн И. (2001). Батареи в портативном мире: Справочник по аккумуляторным батареям для не инженеров .Ричмонд: Cadex Electronics.

Google Scholar

Карли М. Д., Касо М. Ф., Аврора А., Сета Л. Д. и Просини П. П. (2019). «Электроформование нановолокон в качестве сепараторов для литий-ионных батарей», в: Труды 15-й Международной конференции по фотоэлектрическим системам концентраторов (CPV-15) Мелвилл, Нью-Йорк.

Google Scholar

Кавальер, С., Субианто, С., Савич, И., Джонс, Д. Дж., Розьер, Дж. Дж. Э., и Science, E. (2011). Электропрядение: разработанные архитектуры для устройств преобразования и хранения энергии. Energy Environ. Sci. 4, 4761–4785. DOI: 10.1039 / c1ee02201f

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чанг, П., Мэй, Х., Чжоу, С., Дассиос, К. Г., и Ченг, Л. (2019). Электрохимические накопители энергии, напечатанные на 3D-принтере. J. Mater. Chem. А 7, 4230–4258. DOI: 10.1039 / c8ta11860d

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чартрейн, Н. А., Уильямс, К. Б., и Уиттингтон, А. Р. (2018). Обзор изготовления тканевых каркасов с использованием фотополимеризации в ванне. Acta Biomater. 74, 90–111. DOI: 10.1016 / j.actbio.2018.05.010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, A.-N., Li, M., Wu, J.-M., Cheng, L.-J., Liu, R.-Z., Shi, Y.-S., et al. (2019). Механизм повышения механических характеристик высокопористой муллитовой керамики с бимодальной структурой пор, полученных методом селективного лазерного спекания. J. Alloys Compd. 776, 486–494. DOI: 10.1016 / j.jallcom.2018.10.337

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, А.-N., Li, M., Xu, J., Lou, C.-H., Wu, J.-M., Cheng, L.-J., et al. (2018). Пенопласт из муллитовой керамики с высокой пористостью, полученный методом селективного лазерного спекания с использованием полых сфер летучей золы в качестве сырья. J. Eur. Ceram. Soc. 38, 4553–4559. DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2018.05.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, A.-N., Wu, J.-M., Cheng, L.-J., Liu, S.-J., Ma, Y.-X., Li, H., et al. (2020). Повышенное уплотнение и диэлектрические свойства керамики CaTiO3-0,3NdAlO3, полученной методом прямого коагуляционного литья. J. Eur. Ceram. Soc. 40, 1174–1180. DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2019.12.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, A.-N., Wu, J.-M., Liu, K., Chen, J.-Y., Xiao, H., Chen, P., et al. (2017). Высокопроизводительные керамические детали сложной формы, полученные методом селективного лазерного спекания: обзор. Adv. Прил. Ceram. 117, 100–117. DOI: 10.1080 / 17436753.2017.1379586

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, К., Сюй, Р., Хэ, З., Чжао, К., и Пан, Л. (2017). Печать 3D гелевого полимерного электролита в литий-ионной микробатареи с использованием стереолитографии. J. Electrochem. Soc. 164, A1852 – A1857.

Google Scholar

Chen, W., Lei, T., Wu, C., Deng, M., Gong, C., Hu, K., et al. (2018). Разработка безопасных систем электролита для высокостабильной литий-серной батареи. Adv. Energy Mater. 8: 1702348. DOI: 10.1002 / aenm.201702348

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чен, Ю., Чжо, С., Ли, З., и Ван, К. (2020). Редокс-полимеры для аккумуляторных металло-ионных аккумуляторов. EnergyChem 2: 100030. DOI: 10.1016 / j.enchem.2020.100030

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Chen, Z., Li, Z., Li, J., Liu, C., Lao, C., Fu, Y., et al. (2019). 3D-печать керамики: обзор. J. Eur. Ceram. Soc. 39, 661–687.

Google Scholar

Ченг, М., Дейванаягам, Р., и Шахбазян-Яссар, Р. (2020). 3D-печать электрохимических накопителей энергии: обзор методов печати и архитектур электродов / электролитов. Тесто. Supercaps 3, 130–146. DOI: 10.1002 / batt.2010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Cheng, M., Jiang, Y., Yao, W., Yuan, Y., Deivanayagam, R., Foroozan, T., et al. (2018). Трехмерная печать гибридного твердотельного электролита для литий-ионных аккумуляторов при повышенных температурах. Adv. Матер. 30: e1800615.

Google Scholar

Чой, Ю. Э., Пак, К. Х., Ким, Д. Х., О, Д. Й., Квак, Х. Р., Ли, Ю. Г. и др. (2017). Покрываемые твердые электролиты Li4SnS4, приготовленные из водных растворов, для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов. ChemSusChem 10, 2605–2611. DOI: 10.1002 / cssc.201700409

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Commarieu, B., Paolella, A., Daigle, J.-C., and Zaghib, K. (2018). К высокой проводимости лития в твердотельных полимерных и полимерно-керамических батареях. Curr. Opin. Электрохим. 9, 56–63. DOI: 10.1016 / j.coelec.2018.03.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Куссо, Ж.-Ф., Сирет, К., Бьенсан, П., и Бруссели, М.(2006). Последние разработки в литий-ионных призматических элементах. J. Источники энергии 162, 790–796. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2005.02.095

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дайнер, Л. Дж., Дженкинс, Т., Хауэлл, Т., и Роттмайер, М. (2019). Полимерные композитные электролиты для твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Adv. Англ. Матер. 21: 12. DOI: 10.1002 / adem.2012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Деланной, П.Э., Риу, Б., Лестриес, Б., Гийомар, Д., Брюсс, Т., и Ле Бидо, Дж. (2015). К быстрой и рентабельной струйной печати твердого электролита для литиевых микробатареек. J. Источники энергии 274, 1085–1090. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2014.10.164

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Deng, Z., Jiang, H., Hu, Y., Liu, Y., Zhang, L., Liu, H., et al. (2017). Трехмерная упорядоченная макропористая наноструктура MoS2 @ C для гибких литий-ионных аккумуляторов. Adv. Матер. 29: 1603020.DOI: 10.1002 / adma.201603020

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дерби, Б. (2010). Струйная печать функциональных и конструкционных материалов: требования к свойствам жидкости, стабильность характеристик и разрешение. Annu. Rev. Mater. Res. 40, 395–414. DOI: 10.1146 / annurev-matsci-070909-104502

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Диуф, Б., Поде, Р. (2015). Возможности литий-ионных аккумуляторов в возобновляемых источниках энергии. Обновить.Энергия 76, 375–380. DOI: 10.1016 / j.renene.2014.11.058

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дирикан, М., Янь, К., Чжу, П., и Чжан, X. (2019). Композитные твердые электролиты для твердотельных литиевых батарей. Mater. Sci. Англ. R Rep. 136, 27–46.

Google Scholar

Доброжан О., Пшеничный Р., Воробьев С., Курбатов Д., Команицкий В., Опанасюк А. (2020). Влияние термического отжига на морфологические и структурные свойства пленок ZnO, нанесенных на полиимидные подложки методом струйной печати. SN Прил. Sci. 2: 365.

Google Scholar

Ду, К.-Ф., Лян, К., Ло, Ю., Чжэн, Ю., и Янь, К. (2017). Последние достижения в области печати аккумуляторных батарей. J. Mater. Chem. А 5, 22442–22458. DOI: 10.1039 / c7ta07856k

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дадни, Н. Дж. (2008). Тонкопленочные микробатареи. Electrochem. Soc. Интерфейс 17, 44–48.

Google Scholar

Данн, Б., Фаррингтон, Г.К. и Кац Б. (1994). Золь-гель подходы для твердых электролитов и электродных материалов. Твердотельный ион. 70, 3–10. DOI: 10.1016 / 0167-2738 (94)

-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Экель, З. К., Чжоу, К., Мартин, Дж. Х., Якобсен, А. Дж., Картер, В. Б., и Шедлер, Т. А. Дж. С. (2016). Аддитивное производство керамики на основе полимеров. Наука 351, 58–62. DOI: 10.1126 / science.aad2688

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фергус, Дж.W. (2010). Керамические и полимерные твердые электролиты для литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 195, 4554–4569. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2010.01.076

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Франкс, Г. В., Таллон, К., Стударт, А. Р., Сессо, М. Л., и Лео, С. (2017). Коллоидная обработка: создание керамики сложной формы с уникальной многомасштабной структурой. J. Am. Ceram. Soc. 100, 458–490. DOI: 10.1111 / jace.14705

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрицлер, К.Б., Принц В. Ю., Дж. П. У. (2017). Методы 3D-печати микро- и наноструктур. Phys. Успехи. 62, 54–69. DOI: 10.3367 / ufne.2017.11.038239

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fu, K., Wang, Y., Yan, C., Yao, Y., Chen, Y., Dai, J., et al. (2016). Электродные чернила на основе оксида графена для литий-ионных батарей, напечатанных на 3D-принтере. Adv. Матер. 28, 2587–2594. DOI: 10.1002 / adma.201505391

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фудзимото, Д., Кувата, Н., Мацуда, Ю., Кавамура, Дж., И Канг, Ф. (2015). Изготовление твердотельных тонкопленочных аккумуляторов с использованием тонких пленок LiMnPO 4, нанесенных методом импульсного лазерного осаждения. Тонкие твердые пленки 579, 81–88. DOI: 10.1016 / j.tsf.2015.02.041

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фурукава, Н., Иноуэ, К., и Мураками, С. (1984). Щелочная батарея. Google Patents.

Google Scholar

Гельфонд Н.В., Бобренок О.Ф., Предтеченский М.Р., Морозова, Н. Б., Жерикова, К. В., Игуменов, И. К. (2009). Химическое осаждение из газовой фазы тонких пленок электролитов на основе оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Inorg. Матер. 45, 659–665.

Google Scholar

Гуденаф, Дж. Б., и Сингх, П. (2015). Обзор — твердые электролиты в перезаряжаемых электрохимических элементах. J. Electrochem. Soc. 162, A2387 – A2392.

Google Scholar

Greatbatch, W., and Holmes, C.F. (1991). История имплантируемых устройств. IEEE Eng. Med. Биол. Mag. 10, 38–41.

Google Scholar

Гросс, Б. К., Эркал, Дж. Л., Локвуд, С. Ю., Чен, К., и Спенс, Д. М. Дж. А. С. (2014). Оценка 3D-печати и ее потенциального воздействия на биотехнологии и химические науки. 86, 3240–3253. DOI: 10.1021 / ac403397r

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хафнер С., Гатри Х., Ли С.-Х. и Бан К. (2019). Синхронизированная технология электроспиннинга и электрораспыления для производства твердотельных литий-ионных аккумуляторов. J. Источники энергии 431, 17–24. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2019.05.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаяси А., Охтомо Т., Мидзуно Ф., Таданага К. и Тацумисаго М. (2003). Полностью твердотельные Li / S аккумуляторы с высокопроводящими стеклокерамическими электролитами. Electrochem. Commun. 5, 701–705. DOI: 10.1016 / s1388-2481 (03) 00167-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хаяси А., Ямасита Х., Тацумисаго М. и Минами Т.(2002). Характеристика аморфных твердых электролитов Li2S – SiS2 – LixMOy (M = Si, P, Ge), полученных закалкой расплава и механическим измельчением. Твердотельный ион. 148, 381–389. DOI: 10.1016 / s0167-2738 (02) 00077-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

He, P., Chen, Q., Yan, M., Xu, X., Zhou, L., Mai, L., et al. (2019). Создание лучших цинк-ионных аккумуляторов: перспективы материалов. EnergyChem 1: 100022. DOI: 10.1016 / j.enchem.2019.100022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хенч, Л.Л. и Уэст Дж. К. (1990). Золь-гель процесс. Chem. Ред. 90, 33–72.

Google Scholar

Hitz, G. T., Mcowen, D. W., Zhang, L., Ma, Z., Fu, Z., Wen, Y., et al. (2019). Высокоскоростное циклирование лития в масштабируемой трехслойной архитектуре литий-гранат-электролит. Mater. Сегодня 22, 50–57. DOI: 10.1016 / j.mattod.2018.04.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хо, К. К., Эванс, Дж. У., и Райт, П. К. (2010). Прямая печать с диспенсером для цинковой микробатареи с ионным жидким гелевым электролитом. J. Micromech. Microeng. 20: 104009. DOI: 10.1088 / 0960-1317 / 20/10/104009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хои Дж. М., Лутфурахманов А., Шульц Д. Л., Ахатов И. С. (2012). Обзор прямой записи на основе аэрозолей и ее приложений для микроэлектроники. J. Nanotechnol. 2012, 1-22. DOI: 10.1155 / 2012/324380

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янсен, Дж., Мелчельс, Ф. П. У., Грийпма, Д. У., и Фейен, Дж.Дж. Б. (2009). Поли (D, L-лактид) / N-винил-2-пирролидон смолы, функционализированные моноэтиловым эфиром фумаровой кислоты, для получения каркасов тканевой инженерии с помощью стереолитографии. Биомакромолекулы 10, 214–220. DOI: 10.1021 / bm801001r

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Jiang, Z., Wang, S., Chen, X., Yang, W., Yao, X., Hu, X., et al. (2020). Ленточное литье пленок керамического электролита Li0,34La0,56TiO3 обеспечивает высокую плотность энергии литий-металлических батарей. Adv. Матер. 32: 1

1. DOI: 10.1002 / adma.201

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Йоханнесен, Э. А., Ван, Л., Вайз, К., Камминг, Д. Р., и Купер, Дж. М. (2006). Биосовместимость сенсора «лаборатория на таблетке» в искусственных средах желудочно-кишечного тракта. IEEE Trans. Биомед. Англ. 53, 2333–2340. DOI: 10.1109 / tbme.2006.883698

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Judez, X., Zhang, H., Ли, К., Эшету, Г. Г., Гонсалес-Маркос, Дж. А., Арманд, М., и др. (2017). Обзор — твердые электролиты для безопасных литий-серных батарей с высокой плотностью энергии: перспективы и проблемы. J. Electrochem. Soc. 165, A6008 – A6016.

Google Scholar

Юнг, Г. Б., Хуанг, Т., Хуанг, М. Х., и Чанг, К. Л. Дж. Дж. О. М. С. (2001). Получение легированного самарией оксида церия для твердооксидного электролита топливных элементов модифицированным золь-гель методом. J. Mater. Sci. 36, 5839–5844.

Google Scholar

Ким, Дж. Г., Сон, Б., Мукерджи, С., Шупперт, Н., Бейтс, А., Квон, О. и др. (2015). Обзор твердотельных батарей на литиевой и нелитиевой основе. J. Источники энергии 282, 299–322.

Google Scholar

Ким, С. Х., Чой, К. Х., Чо, С. Дж., Чой, С., Пак, С., и Ли, С. Ю. (2015). Печатные твердотельные литий-ионные батареи: новый путь к источникам питания соответствующей формы с эстетической универсальностью для гибкой электроники. Nano Lett. 15, 5168–5177. DOI: 10.1021 / acs.nanolett.5b01394

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Клиппштейн, Х., Диас де Серио Санчес, А., Хассанин, Х., Цвейри, Ю., и Сеневиратне, Л. (2018). Моделирование наплавленных отложений для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА): обзор. Adv. Англ. Матер. 20: 1700552. DOI: 10.1002 / adem.201700552

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Котобуки М., Койши М. и Като Ю.(2013). Приготовление твердого электролита Li1,5Al0,5Ti1,5 (PO4) 3 методом соосаждения. Ionics 19, 1945–1948. DOI: 10.1007 / s11581-013-1000-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Курцвейл П. (2010). Гастон Планте и его изобретение свинцово-кислотной батареи — генезис первой практической аккумуляторной батареи. J. Источники энергии 195, 4424–4434. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2009.12.126

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лау, Дж., Деблок, Р. Х., Баттс, Д. М., Эшби, Д. С., Чой, С. С., Данн, Б. С. (2018). Сульфидные твердые электролиты для литиевых батарей. Adv. Energy Mater. 8: 1800933. DOI: 10.1002 / aenm.201800933

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Дж. У., Лан, П. X., Ким, Б., Лим, Г., и Чо, Д. У. (2008). Изготовление и анализ характеристик каркаса из полипропиленфумарата с использованием технологии микростереолитографии. J. Biomed. Матер. Res. B Прил.Биоматер. 87, 1–9. DOI: 10.1002 / jbm.b.31057

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, К. В., Ван, С., Фокс, Б. К., Ритман, Э. Л., Яшемски, М. Дж., И Лу, Л. Дж. Б. (2007). Изготовление каркаса для инженерии костной ткани из поли (пропиленфумарата) с использованием стереолитографии: влияние составов смол и параметров лазера. Биомакромолекулы 8, 1077–1084. DOI: 10.1021 / bm060834v

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лейонмарк, С., Корнелл, А., Линдберг, Г., и Вогберг, Л. (2013). Однобумажные гибкие литий-ионные аккумуляторные элементы в процессе изготовления бумаги на основе нанофибриллированной целлюлозы. J. Mater. Chem. А 1, 4671–4677. DOI: 10.1039 / c3ta01532g

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Летиен, К., Зегауи, М., Руссель, П., Тильман, П., Роллан, Н., Роллан, П. А. (2011). Микроструктура LiPON и материала фосфата лития и железа, нанесенного на массив кремниевых наностолбиков для литий-ионной твердотельной трехмерной микро-батареи. Microelectron. Англ. 88, 3172–3177. DOI: 10.1016 / j.mee.2011.06.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Льюис, Дж. А. (2004). Коллоидная обработка керамики. J. Am. Ceram. Soc. 83, 2341–2359.

Google Scholar

Ли Б., Гу П., Фэн Ю., Чжан Г., Хуанг К., Сюэ Х. и др. (2017). Ультратонкие двумерные нанолисты из никель-кобальтфосфата для электрохимического накопления энергии под водным / твердотельным электролитом. Adv. Функц.Матер. 27: 1605784. DOI: 10.1002 / adfm.201605784

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Li, C., Liu, Y., Li, B., Zhang, F., Cheng, Z., He, P., et al. (2019). Встроенный твердый электролит с пористым катодом путем простого одностадийного спекания для полностью твердотельной батареи Li-O2. Нанотехнологии 30: 364003. DOI: 10.1088 / 1361-6528 / ab226f

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, М., Чен, А.-Н., Линь, X., Ву, Ж.-М., Chen, S., Cheng, L.-J., et al. (2019). Легкая муллитовая керамика с контролируемой пористостью и улучшенными свойствами, изготовленная методом SLS с использованием механически смешанных композитов FAHS / полиамид12. Ceram. Int. 45, 20803–20809. DOI: 10.1016 / j.ceramint.2019.07.067

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, С., Чжан, С.К., Шен, Л., Лю, К., Ма, Дж. Б., Львов, В. и др. (2020). Развитие и перспективы керамических / полимерных композитных твердых электролитов для литиевых батарей. Adv. Sci. 7: 1^8.

Google Scholar

Ли, В., Чен, Л., Сунь, Ю., Ван, К., Ван, Ю., и Ся, Ю. (2017). Полностью твердотельная вторичная литиевая батарея с твердым полимерным электролитом и антрахиноновым катодом. Твердотельный ион. 300, 114–119. DOI: 10.1016 / j.ssi.2016.12.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли X., Чжан З., Инь К., Ян Л., Тачибана К. и Хирано С.-И. (2015). Квазитвердые электролиты мезопористого кремнезема / ионной жидкости и их применение в литий-металлических батареях. J. Источники энергии 278, 128–132. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2014.12.053

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Ю., Дин Ф., Сюй З., Санг Л., Рен Л., Ни, В. и др. (2018). Твердотельный литий-ионный аккумулятор, работающий при температуре окружающей среды, на основе твердого полимерного электролита с высокой концентрацией солей. J. Источники энергии 397, 95–101. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2018.05.050

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лян, С., Янь, В., Ву, X., Чжан, Ю., Zhu, Y., Wang, H., et al. (2018). Гелевые полимерные электролиты для литий-ионных аккумуляторов: изготовление, характеристики и характеристики. Твердотельный ион. 318, 2–18. DOI: 10.1016 / j.ssi.2017.12.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lim, H.-D., Lim, H.-K., Xing, X., Lee, B.-S., Liu, H., Coaty, C., et al. (2018). Слои твердого электролита осаждением из раствора. Adv. Матер. Интерфейсы 5: 1701328. DOI: 10.1002 / admi.201701328

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю В., Ли, С. В., Лин, Д., Ши, Ф., Ван, С., Сендек, А. Д. и др. (2017). Повышение ионной проводимости в композитных полимерных электролитах с помощью хорошо ориентированных керамических нанопроволок. Nat. Энергия 2: 17035.

Google Scholar

Луонго А., Фальстер В., Дуст М. Э. Б., Рибо М. М., Эйрикссон Э. Р., Педерсен Д. Б. и др. (2020). Контроль микроструктуры в 3D-печати с помощью цифровой обработки света. 39, 347–359.

Google Scholar

Ма, Ф., Чжао, Э., Zhu, S., Yan, W., Sun, D., Jin, Y., et al. (2016). Приготовление и оценка твердого электролита Li1.3Al0.3Ti1.7 (PO4) 3 с высокой ионно-литиевой проводимостью, полученного с использованием нового метода растворения. Твердотельный ион. 295, 7–12. DOI: 10.1016 / j.ssi.2016.07.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ма, Т., и Девин Маккензи, Дж. (2019). Полностью печатные гибкие воздушно-цинковые батареи с высокой плотностью энергии на основе твердых полимерных электролитов и иерархического каталитического токосъемника. Flex. Распечатать. Электрон. 4: 015010. DOI: 10.1088 / 2058-8585 / ab0b91

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Махаджан А., Фрисби К. Д. и Фрэнсис Л. Ф. (2013). Оптимизация аэрозольной струйной печати для получения серебряных линий с высоким разрешением и высоким соотношением сторон. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 5, 4856–4864. DOI: 10.1021 / am400606y

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Manapat, J. Z., Chen, Q., Ye, P., and Advincula, R.С. (2017). 3D-печать полимерных нанокомпозитов методом стереолитографии. Macromol. Матер. Англ. 302: 1600553. DOI: 10.1002 / mame.201600553

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Manthiram, A., Yu, X., and Wang, S. (2017). Химический состав литиевых батарей обеспечивается твердотельными электролитами. Nat. Rev. Mater. 2: 16103.

Google Scholar

Мао, М., Хе, Дж., Ли, X., Чжан, Б., Лей, К., Лю, Ю. и др. (2017). Новые границы и области применения 3D-печати с высоким разрешением. Микромашины 8: 113. DOI: 10.3390 / mi8040113

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Mcowen, D. W., Xu, S., Gong, Y., Wen, Y., Godbey, G. L., Gritton, J. E., et al. (2018). 3D-печать электролитов для твердотельных аккумуляторов. Adv. Матер. 30: 1707132.

Google Scholar

Минами Т., Хаяси А. и Тацумисаго М. (2006). Недавний прогресс стекла и стеклокерамики в качестве твердых электролитов для литиевых вторичных батарей. Твердотельный ион. 177, 2715–2720. DOI: 10.1016 / j.ssi.2006.07.017

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Моримото, Х., Ямасита, Х., Тацумисаго, М., и Минами, Т. (1999). Механохимический синтез новых аморфных материалов 60Li2S⋅ 40SiS2 с высокой литиево-ионной проводимостью. J. Am. Ceram. Soc. 82, 1352–1354. DOI: 10.1111 / j.1151-2916.1999.tb01923.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нафиси, С., Джалили, Р., Обалеби, С. Х., Горкин И., Р.А., Константинов К., Иннис П. С. и др. (2014). Дисперсии оксида графена: настройка реологии для обеспечения возможности изготовления. Mater. Horiz. 1, 326–331. DOI: 10.1039 / c3mh00144j

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нго, Т. Д., Кашани, А., Имбальзано, Г., Нгуен, К. Т. К. и Хуэй, Д. (2018). Аддитивное производство (3D-печать): обзор материалов, методов, приложений и проблем. Compos. B Eng. 143, 172–196. DOI: 10.1016 / j.compositesb.2018.02.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Nguyen, H., Banerjee, A., Wang, X., Tan, D., Wu, E.A., Doux, J., et al. (2019). Одностадийный синтез высокопроводящего твердого электролита Na3PS4 для всех натриевых твердотельных батарей. J. Источники энергии 435, 126623–126623. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2019.05.031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Найман, М., Алам, Т. М., Макинтайр, С. К., Блейер, Г. К., и Ингерсолл, Д. (2010). Альтернативный подход к увеличению подвижности Li в электролитах на гранате Li-La-Nb / Ta. Chem. Матер. 22, 5401–5410. DOI: 10,1021 / см 101438x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Обата К., Эль-Тамер А., Кох Л., Хинце У. и Чичков Б. Н. (2013). Высокоформатное трехмерное структурирование двухфотонной полимеризацией с расширенным рабочим диапазоном объектива (WOW-2PP). Light Sci. Прил. 2: e116. DOI: 10.1038 / lsa.2013.72

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Панг, Ю., Цао, Ю., Чу, Ю., Лю, М., Снайдер, К., Маккензи, Д., и др.(2019). Аддитивное производство аккумуляторов. Adv. Функц. Матер. 30: 14.

Google Scholar

Park, C.-H., Park, M., Yoo, S.-I., and Joo, S.-K. (2006). Твердый полимерный электролит с центрифугированием для твердотельных перезаряжаемых тонкопленочных литий-полимерных батарей. J. Источники энергии 158, 1442–1446. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2005.10.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Парк, И.-Б., Ха, Ю.-М., Ким, М.-С., Ким, Х.-К., и Ли, С.-ЧАС. (2012). Трехмерная шкала серого для улучшения качества поверхности в проекционной микростереолитографии. Внутр. J. Precis. Англ. Производство. 13, 291–298. DOI: 10.1007 / s12541-012-0036-0

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пеше А., Хорнес А., Нуньес М., Мората А., Торрелл М. и Таранкон А. (2020). 3D-печать нового поколения улучшенных твердооксидных топливных и электролизных ячеек. J. Mater. Chem. A. DOI: 10.1039 / d0ta02803g

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пфеннингер, Р., Струзик, М., Гарбайо, И., Стилп, Э., и Рупп, Дж. Л. М. (2019). Низкая рабочая температура для быстрой литиевой проводимости в гранатовых пленках твердотельных аккумуляторов. Nat. Энергия 4, 475–483. DOI: 10.1038 / s41560-019-0384-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фук Н. Х., Тотани М., Морикава К., Муто Х. и Мацуда А. (2016). Приготовление твердого электролита Li3PS4 с использованием этилацетата в качестве синтетической среды. Твердотельный ион. 288, 240–243.DOI: 10.1016 / j.ssi.2015.11.032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Pradel, A., Pagnier, T., and Ribes, M. (1985). Влияние быстрой закалки на электрические свойства литиевых проводящих стекол. Твердотельный ион. 17, 147–154. DOI: 10.1016 / 0167-2738 (85)-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рейес, К., Сомоги, Р., Ниу, С., Круз, М. А., Янг, Ф., Катеначчи, М. Дж. И др. (2018). Трехмерная печать готовой литий-ионной батареи с изготовлением плавленой нити. ACS Appl. Energy Mater. 1, 5268–5279.

Google Scholar

Ruetschi, P., Meli, F., and Desilvestro, J. (1995). Никель-металлогидридные батареи. Предпочитаемые батареи будущего? J. Источники энергии 57, 85–91. DOI: 10.1016 / 0378-7753 (95) 02248-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рузметов Д., Олешко В. П., Хейни П. М., Лезец Х. Дж., Карки К., Белудж К. Х. и др. (2012). Стабильность электролита определяет пределы масштабирования для твердотельных литий-ионных аккумуляторов 3D. Nano Lett. 12, 505–511. DOI: 10.1021 / nl204047z

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сантоликвидо, О., Коломбо, П., и Ортона, А. (2019). Аддитивное производство керамических компонентов с помощью цифровой обработки света: сравнение подходов «снизу вверх» и «сверху вниз». J. Eur. Ceram. Soc. 39, 2140–2148. DOI: 10.1016 / j.jeurceramsoc.2019.01.044

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Скьяво, Л.С.А., Мантас, П.К., Сегадайнш, А.М., и Круз, Р.С.Д. (2018). От сухого прессования до пластического формования керамики: оценка окна технологичности. Констр. Строить. Матер. 189, 594–600. DOI: 10.1016 / j.conbuildmat.2018.09.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Schnell, J., Günther, T., Knoche, T., Vieider, C., Köhler, L., Just, A., et al. (2018). Полностью твердотельные литий-ионные и литий-металлические батареи — путь к крупносерийному производству. Дж.Источники энергии 382, 160–175. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2018.02.062

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шань Ю., Ли Ю. и Панг Х. (2020). Применение материалов на основе сульфида олова в литий-ионных батареях и натрий-ионных батареях. Adv. Функц. Матер. 30: 2001298. DOI: 10.1002 / adfm.202001298

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Смит, А. Дж., Бернс, Дж. К., Трасслер, С., и Дан, Дж. Р. (2010). Прецизионные измерения кулоновской эффективности литий-ионных аккумуляторов и материалов электродов для литий-ионных аккумуляторов. J. Electrochem. Soc. 157: A196.

Google Scholar

Штраус, Ф., Тео, Дж. Х., Шиле, А., Бартч, Т., Хацукаде, Т., Хартманн, П. и др. (2020). Выделение газа в литий-ионных батареях: твердый электролит по сравнению с жидким. ACS Appl. Матер. Интерфейсы 12, 20462–20468.

Google Scholar

Сунь, К., Фанг, Н., Ву, Д. М., и Чжан, X. (2005). Проекционная микростереолитография с использованием цифровой микрозеркальной динамической маски. Sens.Приводы A Phys. 121, 113–120. DOI: 10.1016 / j.sna.2004.12.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сунь, Дж., Ли, Ю., Чжан, К., Хоу, К., Ши, К., и Ван, Х. (2019). Композитный электролит на основе полиметилметакрилата с высокой ионной проводимостью и нанопроволоками типа граната Li6.75La3Zr1.75Nb0.25O12. Chem. Англ. J. 375: 121922. DOI: 10.1016 / j.cej.2019.121922

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сунь, Ю., Ши, П., Чен, Дж., Ву, К., Liang, X., Rui, X., et al. (2020). Разработка и вызов передовых неводных ионно-натриевых батарей. EnergyChem 2: 100031. DOI: 10.1016 / j.enchem.2020.100031

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Суваджи Э., Мессинг Г. Л. (2001). Текстурированная керамика из оксида алюминия методом одноосного прессования. Key Eng. Матер. 206-213, 405–408. DOI: 10.4028 / www.scientific.net / kem.206-213.405

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Такада, К.(2013). Развитие и перспективы твердотельных литиевых батарей. Acta Mater. 61, 759–770. DOI: 10.1016 / j.actamat.2012.10.034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Таллон, К., Фрэнкс, Г. В. (2011). Последние тенденции в формообразовании в результате коллоидной обработки: обзор. 119, 147–160. DOI: 10.2109 / jcersj2.119.147

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан, С. Дж., Цзэн, X. X., Ма, К., Ву, X. W., и Го, Ю. Г. (2018). Последние достижения в области композитных электролитов на полимерной основе для литиевых аккумуляторных батарей. Electrochem. Energy Rev. 1, 113–138. DOI: 10.1007 / s41918-018-0011-2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Танака С., Пин К. С. и Уэмацу К. (2006). Влияние расслоения органического связующего на спеченную прочность глинозема сухого прессования. J. Am. Ceram. Soc. 89, 1903–1907. DOI: 10.1111 / j.1551-2916.2006.01057.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тацумисаго, М., и Хаяси, А. (2012). Суперионные стекла и стеклокерамика в системе Li2S – P2S5 для твердотельных литиевых вторичных батарей. Твердотельный ион. 225, 342–345. DOI: 10.1016 / j.ssi.2012.03.013

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Терагава, С., Асо, К., Таданага, К., Хаяси, А., Тацумисаго, М. (2014). Приготовление твердого электролита Li2S – P2S5 из раствора N-метилформамида и применение для твердотельных литиевых аккумуляторов. J. Источники энергии 248, 939–942. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2013.09.117

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Треви, Дж., Джанг, Дж. С., Юнг, Ю. С., Штольд, К. Р., и Ли, С. Х. (2009). Стеклокерамические электролиты Li2S – P2S5, полученные с помощью одностадийного процесса шарового биллинга, и их применение для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Electrochem. Commun. 11, 1830–1833. DOI: 10.1016 / j.elecom.2009.07.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тамблстон, Дж. Р., Ширванянц, Д., Ермошкин, Н., Янушевич, Р., Джонсон, А. Р., Келли, Д., и др. (2015). Непрерывное создание интерфейса жидкости для 3D-объектов. Science 347, 1349–1352. DOI: 10.1126 / science.aaa2397

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Варшнея, А. К., Мауро, Дж. К. (2019). Основы неорганических стекол . Амстердам: Эльзевир.

Google Scholar

Венкатасубраманян, Н., Уэйд, Б., Десаи, П., Абхираман, А., и Гельбаум, Л. (1991). Синтез и характеристика прядильных золь-гель производных полиборатов. J. Non Cryst. Твердые тела 130, 144–156.DOI: 10.1016 / 0022-3093 (91)-к

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Дж., Се, Дж., Конг, X., Лю, З., Лю, К., Ши, Ф. и др. (2019). Ультратонкий, гибкий, твердый полимерный композитный электролит с выровненным нанопористым основанием для литиевых батарей. Nat. Nanotechnol. 14, 705–711. DOI: 10.1038 / s41565-019-0465-3

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, Л., Е, Й., Чен, Н., Хуан, Ю., Ли, Л., Ву, Ф., и другие. (2018). Разработка и проблемы функциональных электролитов для высокопроизводительных литий-серных батарей. Adv. Функц. Матер. 28: 1800919. DOI: 10.1002 / adfm.201800919

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, X. Дж., Чжан, Х. П., Кан, Дж. Дж., Ву, Ю. П., и Фанг, С. Б. (2005). Новые композитные полимерные электролиты на основе поли (эфир-уретанового) сетчатого полимера и коллоидных кремнеземов. J. Solid State Electrochem. 11, 21–26. DOI: 10.1007 / s10008-005-0029-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уорнер, Дж.Т. (2015). Справочник по проектированию литий-ионных аккумуляторных батарей: химия, компоненты, типы и терминология . Амстердам: Эльзевир.

Google Scholar

Wootthikanokkhan, J., Phiriyawirut, M., and Pongchumpon, O.J. (2015). Влияние параметров электропрядения и содержания нанонаполнителя на морфологию и свойства гелевого электролита композитных нановолокон на основе PVDF-HFP, наполненного La2O3. Внутр. J. Polym. Матер. Polym. Биоматер. 64, 416–426. DOI: 10.1080 / 00

7.2014.958830

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Се Дж., Иманиши Н., Чжан Т., Хирано А., Такеда Ю. и Ямамото О. (2009). Литий-ионный транспорт в твердотельных литиевых батареях с LiCoO2 с использованием стеклокерамических электролитов типа NASICON. J. Источники энергии 189, 365–370. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2008.08.015

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Xing, B., Yao, Y., Meng, X., Zhao, W., Shen, M., Gao, S., et al. (2020). Самоподдерживающийся оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, волнообразный электролит для твердооксидных топливных элементов с помощью трехмерной печати с цифровой обработкой света. Scr. Матер. 181, 62–65. DOI: 10.1016 / j.scriptamat.2020.02.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг, Ю., Чен, З., Сун, X., Чжу, Б., Сяй, Т., Ву, П.-И. и др. (2016). Трехмерная печать высокодиэлектрического конденсатора методом проекционной стереолитографии. Nano Energy 22, 414–421. DOI: 10.1016 / j.nanoen.2016.02.045

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг Ю., Юань В., Чжан Х., Юань Ю., Wang, C., Ye, Y., et al. (2020). Обзор приложений трехмерной печати для литий-ионных аккумуляторов. Прил. Энергия 257: 14002.

Google Scholar

Инь, Ю. К., Ван, К., Ян, Дж. Т., Ли, Ф., Чжан, Г., Цзян, К. Х. и др. (2020). Межфазный слой на основе тонкой пленки хлорида металла на основе перовскита для защиты металлического лития от жидкого электролита. Nat. Commun. 11: 1761.

Google Scholar

Йошио, М., Бродд, Р. Дж., И Козава, А. (2009). Литий-ионные батареи . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер.

Google Scholar

Юань, М., и Лю, К. (2020). Рациональная конструкция сепараторов и жидких электролитов для более безопасных литий-ионных батарей. J. Energy Chem. 43, 58–70. DOI: 10.1016 / j.jechem.2019.08.008

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Юэ, Л., Ма, Дж., Чжан, Дж., Чжао, Дж., Донг, С., Лю, З. и др. (2016). Все твердотельные полимерные электролиты для высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторов. Energy Storage Mater. 5, 139–164.

Google Scholar

Зеколл, С., Марринер-Эдвардс, К., Хексельман, А. К. О., Касемчайнан, Дж., Кусс, К., Армстронг, Д. Е. Дж. И др. (2018). Гибридные электролиты с трехмерными бинепрерывными упорядоченными керамическими и полимерными микроканалами для полностью твердотельных батарей. Energy Environ. Sci. 11, 185–201. DOI: 10.1039 / c7ee02723k

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, H., Li, C., Piszcz, M., Coya, E., Рохо, Т., Родригес-Мартинес, Л. М. и др. (2017). Одиночные литий-ионные проводящие твердые полимерные электролиты: достижения и перспективы. Chem. Soc. Ред. 46, 797–815.

Google Scholar

Чжан, К., Цао, Д., Ма, Ю., Натан, А., Аврора, П., и Чжу, Х. (2019). Твердотельные электролиты на основе сульфидов: синтез, стабильность и потенциал для полностью твердотельных аккумуляторов. Adv. Матер. 31: e11.

Google Scholar

Чжан, С.С.(2007). Обзор сепараторов Li-ion аккумуляторов с жидким электролитом. J. Источники энергии 164, 351–364. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2006.10.065

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, X., Liu, T., Zhang, S., Huang, X., Xu, B., Lin, Y., et al. (2017). Синергетическое взаимодействие между Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12 и поливинилиденфторидом обеспечивает высокую ионную проводимость, механическую прочность и термическую стабильность твердых композитных электролитов. J. Am.Chem. Soc. 139, 13779–13785. DOI: 10.1021 / jacs.7b06364

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжоу, К., Чжан, Дж., И Цуй, Г. (2018). Полимерные электролиты с жесткой и гибкой связью с литиевыми батареями высокой энергии. Macromol. Матер. Англ. 303: 1800337. DOI: 10.1002 / mame.201800337

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Компания QuantumScape, поддерживаемая VW, заявляет, что ее твердотельные батареи позволят электромобилям путешествовать дальше и заряжаться быстрее

После почти десятилетнего существования QuantumScape, стартап из Сан-Хосе, поддерживаемый Volkswagen и Биллом Гейтсом, наконец нарушает свое молчание.В рамках виртуального «дня батареи» для инвесторов недавно публичная компания объявила, что ее «твердотельные» батареи для электромобилей будут заряжаться быстрее, сохранять больше энергии и служить дольше, чем традиционные батареи для электромобилей.

Твердотельные батареи ускользали от исследователей на протяжении десятилетий. Большинство компаний, производящих электромобили, используют «мокрые» литий-ионные батареи, в которых для перемещения энергии используются жидкие электролиты. Но эти батареи могут заряжаться медленно, замерзать при отрицательных температурах и содержать горючие материалы, которые могут быть опасными в случае аварии.

QuantumScape утверждает, что разработала готовую к производству твердотельную батарею с элементами, изготовленными из твердого и «сухого» проводящего материала. И хотя большинство стартапов, разрабатывающих твердотельные батареи, остаются в лаборатории, QuantumScape заявляет, что они будут готовы к запуску в производство в 2024 году.

«Мы не видим на горизонте ничего, что могло бы быть близко к тому, что мы делаем»

«Мы не видим на горизонте ничего похожего на то, что мы делаем», — сказал Джагдип Сингх, основатель и генеральный директор QuantumScape, в интервью The Verge .

QuantumScape заявляет, что его твердотельные батареи будут представлять собой значительное улучшение по сравнению с обычными литий-ионными батареями, позволяя электромобилям путешествовать на 80 процентов дальше, чем электромобиль с традиционной батареей. Есть и другие преимущества. Они сохраняют более 80 процентов своей емкости после 800 циклов зарядки. Они негорючие. И они будут иметь объемную плотность энергии более 1000 ватт-часов на литр на уровне элементов, что почти вдвое превышает плотность коммерческих литий-ионных аккумуляторов высшего класса.

Ключевой прорыв QuantumScape: керамический сепаратор для замены жидких электролитов. QuantumScape

Ключевым достижением является использование керамического «сепаратора» для замены жидкого электролита, используемого в обычных аккумуляторных элементах, который действует как среда, через которую перемещаются положительные и отрицательные ионы. Это не похоже на любую керамику, которая может быть у вас дома, поскольку она разработана так, чтобы быть гибкой, а не жесткой.Энергия может продолжать перемещаться по ячейке при очень низких температурах -30 градусов по Цельсию — температуре, которая делает другие твердотельные конструкции неработоспособными или серьезно ухудшает работу влажных литий-ионных батарей.

Разделитель размером с игральную карту и толщиной с человеческий волос. «В основе всего этого лежит новый сепаратор», — сказал Сингх.

QuantumScape утверждает, что его батареи служат очень долго, возможно, «на сотни тысяч миль езды», за счет устранения «побочной реакции» между жидким электролитом и углеродом в аноде обычных литий-ионных элементов.Батареи будут заряжаться намного быстрее, до 80 процентов емкости всего за 15 минут, а это обычно занимает 40 минут или больше.

Твердотельные литий-металлические батареи считаются «святым Граалем» в аккумуляторной промышленности, — сказал Венкат Вишванатан, доцент кафедры машиностроения Университета Карнеги-Меллона и технический советник QuantumScape. Он отметил, что Стэн Уиттингем, ключевая фигура в разработке литий-ионных аккумуляторов и лауреат Нобелевской премии по химии 2019 года, опубликовал в 1976 году статью об анодах из металлического лития, назвав ее «основой для новой аккумуляторной системы».”

«Этой проблеме более 40 лет», — сказал Вишванатан изданию The Verge . «Если литий-металлические батареи будут успешными, это будет означать, что для массовых электромобилей при том же весе аккумуляторной батареи вы можете получить около 50 процентов дополнительного диапазона для электромобиля или дополнительное время автономной работы в контексте бытовой электроники».

Сам Уиттингем поддерживает твердотельные батареи QuantumScape. В своем заявлении Уиттингем описал, что самая сложная часть при создании работающей твердотельной батареи — это «необходимость одновременного удовлетворения требований высокой плотности энергии (1000 Втч / л) и быстрой зарядки (т.е.е., высокая плотность тока), длительный срок службы (более 800 циклов) и работа в широком диапазоне температур ».

«Эти данные показывают, что клетки QuantumScape отвечают всем этим требованиям, — продолжил он, — то, о чем раньше никогда не сообщалось».

«Этой проблеме более 40 лет»

Сингх сказал, что потребительская электроника, такая как смартфоны и ноутбуки, будет очевидным применением для твердотельных аккумуляторов, но спрос на эту технологию намного выше в автомобильной промышленности, которая находится в разгаре сейсмического сдвига от двигателей внутреннего сгорания к двигателям внутреннего сгорания. двигательная установка с батарейным питанием.

«Обычно я бы сказал, что мы будем использовать это пространство также для потребительских устройств, потому что, знаете ли, это проще», — сказал Сингх. «Но мы находим такой спрос. Автомобильный корпус такой массивный ».

Компания

QuantumScape, созданная на базе Стэнфордского университета в 2010 году, создала совместное предприятие с VW для производства твердотельных аккумуляторных батарей для электромобилей немецкого автопроизводителя и, в конечном итоге, для других автопроизводителей. Сделка не является эксклюзивной: недавно выпущенный электрический внедорожник VW ID 4 первоначально будет использовать батареи южнокорейской компании LG Chem, а затем в конечном итоге перейдут на батареи производства SK Innovation.

QuantumScape недавно стала публичной после завершения обратного слияния со специальной компанией по приобретению под названием Kensington Capital Acquisition. Сделка была хорошо воспринята инвесторами. При недавней цене 42,50 доллара за акцию акции QuantumScape оцениваются примерно в 19 миллиардов долларов, что делает его одним из пяти самых ценных поставщиков автомобилей в США.

Гонка за достижение огромных улучшений в технологии аккумуляторов — одна из самых дорогих и горячо оспариваемых на планете в настоящее время.Практически каждый автопроизводитель делает ставку на то, что будущее за электромобилями, поскольку некоторые из крупнейших стран (и крупнейших автомобильных рынков) в мире постепенно отказываются от газовых автомобилей и грузовиков. Чтобы обеспечить такой переход, батареи должны быть более мощными, более долговечными и более дешевыми в производстве, чтобы привлечь достаточное количество клиентов для перехода на автомобили с батарейным питанием.

QuantumScape будет лицом к лицу с некоторыми из крупнейших и наиболее капитализированных компаний в мире, включая китайскую CATL (стоимостью 85 миллиардов долларов), LG Chem (62 миллиарда долларов), Samsung (37 миллиардов долларов), Panasonic (33 миллиарда долларов). ), а совсем недавно — Tesla (608 миллиардов долларов).Компания по производству электромобилей Илона Маска недавно объявила, что начнет производство собственных аккумуляторных элементов и даже будет добывать собственный литий, стремясь снизить стоимость своих электромобилей.

Сингх сказал, что знает, что его конкуренция будет жесткой. Но нет никаких причин, по которым нынешние конкуренты QuantumScape не станут будущими клиентами.

«Tesla, вероятно, даже больше, чем любая другая компания, полностью приспособлена к условиям», — сказал Сингх.

Разное