Gyda datblygiad cyflym cerbydau trydan ynni newydd ac awyrennau trydan, mae'r galw am ystod yrru estynedig yn y ddau yn dibynnu'n gynyddol ar batris ion ynni (LIBs) lithiwm trwchus.

Gyda datblygiad cyflym cerbydau trydan ynni newydd ac awyrennau trydan, mae'r galw am ystod yrru estynedig yn y ddau yn dibynnu'n gynyddol ar batris ion ynni (LIBs).

Ar hyn o bryd, mewn batris hylif traddodiadol, mae hyd llwybr trafnidiaeth effeithiol ïonau Li + o fewn yr electrod mandyllog yn hanfodol. Mae'r hyd hwn yn cynyddu gyda'r llwyth areal, gan gyfyngu'n uniongyrchol ar berfformiad codi tâl cyflym. Mae strategaethau amrywiol wedi'u cynnig yn y diwydiant, ymhlith y mae teneuo electrod yn un o'r prif ddulliau i wella perfformiad cyfradd, ond daw'r dull hwn ar gost dwysedd ynni batri.

Mae batris cyflwr solid, fel nod batris yn y pen draw, yn wynebu heriau y tu hwnt i gynnyrch a chost; un o'r tagfeydd mwyaf yw datrys y broblem o ffurfio dendrite lithiwm. Metel lithiwm yw'r deunydd anod mwyaf addawol ar gyfer batris, ond mae twf dendrite, adweithedd uchel lithiwm, ac ehangu cyfaint yn peri peryglon diogelwch i fatris metel lithiwm, gan rwystro cymhwysiad ymarferol anodes metel lithiwm mewn batris aildrydanadwy.

Mae'r ddau bwynt poen mawr hyn ar hyn o bryd yn pwyntio at yr un ateb: copr ewynnog. Mae copr ewynog, a elwir hefyd yn gopr 3D, yn ddeunydd batri newydd gyda llawer o briodweddau a manteision unigryw. Mae copr ewynog yn ddeunydd metelaidd gyda nifer fawr o fandyllau rhyng-gysylltiedig wedi'u dosbarthu'n unffurf, sy'n arddangos dargludedd a hydwythedd da. Mewn cymwysiadau batri ïon lithiwm, o gymharu â chasglwyr cerrynt ffoil copr y genhedlaeth gyntaf a chasglwyr cerrynt cyfansawdd yr ail genhedlaeth, mae casglwyr cerrynt metel ewynog yn cynrychioli'r drydedd genhedlaeth. Mae'r casglwr cerrynt trydedd cenhedlaeth hwn hefyd yn ffactor allweddol wrth benderfynu a all Tsieina fod y cyntaf yn y byd i gyflawni diwydiannu pob batri cyflwr solet.

Yn gyntaf, mae copr ewynog, fel deunydd batri, yn meddu ar ddargludedd uchel, sy'n helpu i wella effeithlonrwydd tâl a rhyddhau'r batri. Mae ei strwythur hydraidd yn cynyddu'r ardal gyswllt rhwng yr electrod a'r electrolyte, a thrwy hynny wella dwysedd ynni'r batri a sefydlogrwydd beiciau. Mae diffyg mandylledd gan gasglwyr cerrynt traddodiadol (TCCs), megis ffoil metel solet gan gynnwys Cu ac Al, ac maent yn anhydraidd i'r electrolyte. Felly, nid yw'r TCCs hyn yn hwyluso cludiant Li+ ac yn cyfyngu trafnidiaeth Li+ rhwng electrodau i un ochr yn unig, gan gyfyngu ar berfformiad codi tâl cyflym.

Mewn cyferbyniad, mae dyluniad mandyllog copr ewynog yn caniatáu i ïonau Li+ basio trwy'r casglwr cerrynt a'r gwahanydd ar yr un pryd, gan haneru'r pellter cludo effeithiol Li+ a chynyddu'r perfformiad cyfradd tryledu C{{{{}}cyfyngedig bedair gwaith heb effeithio ar ddwysedd ynni. Ar hyn o bryd, mae gwneuthurwyr batri effeithlonrwydd uchel domestig a rhyngwladol blaenllaw wedi cynnal astudiaethau cymharol. Yn ôl yr erthygl Nature ddiweddaraf, mae batris sy'n defnyddio'r casglwr presennol hwn yn arddangos egni penodol uchel (276 Wh kg⁻¹) a galluoedd codi tâl cyflym sylweddol, yn gweithredu ar gyfraddau o 4 C (78.3% C / C), 6 C (70.5% C / C), a 10 C (54.3% C/C). Mae'r dyluniad casglwr cerrynt hydraidd hwn yn gydnaws â phrosesau gweithgynhyrchu batris presennol a strategaethau gwefru cyflym eraill, gan gyfoethogi ffurfweddiadau batris a darparu gwell syniadau ar gyfer dylunio batris cenhedlaeth nesaf.

Yn ail, ynglŷn â'r broblem fwyaf mewn-batris cyflwr-ffurfiant dendrite lithiwm-mae arwynebedd arwyneb uchel ewyn copr yn ehangu'r ardal electrod yn effeithiol, gan ddarparu safleoedd mwy gweithredol ar gyfer adweithiau electrocemegol. Mae hyn yn arwain at ddwysedd cyfredol uwch a chynhwysedd batri. Yn bwysicach fyth, mae'r ardal adwaith mwy yn golygu cerrynt uned lai, a fydd yn gwella ffurfio dendrite lithiwm yn fawr. Mae eisoes yn cael ei ddefnyddio'n eang mewn batris cyflwr cyddwys a solid yn labordai gwneuthurwyr batri blaenllaw.

Ar ben hynny, mae gan ewyn copr hefyd gryfder a sefydlogrwydd mecanyddol da, sy'n gallu gwrthsefyll y straen a gynhyrchir yn ystod beicio batri, gan ymestyn oes y batri. Mae hyn hefyd yn ddeniadol iawn ar gyfer batris cyflwr solet.

Mae angen 700 tunnell o gopr ar bob batri GWh ar gyfer 6m o ffoil copr, ac mae'r casglwr cerrynt cyfansawdd yn pwyso tua 300 tunnell, sy'n gofyn am tua 250 tunnell o gopr. Dim ond tua 100 tunnell sydd ei angen ar gopr ewynnog. Gall y gostyngiad sylweddol yn y defnydd o gopr, o ystyried y disgwyliad presennol o gynnydd mewn prisiau copr yn y tymor hir, nid yn unig arbed llawer o gostau ond hefyd wella dwysedd ynni'r batri yn sylweddol.