Hong Kong CityU EES: Ko te pākahiko lithium-ion ngawari na nga hononga tangata

Papamuri Rangahau

Ko te piki haere o te hiahia mo nga hua hiko kua whakatairanga i te whanaketanga tere o nga taputapu rokiroki ngawari me te kaha-kaha-kaha i nga tau tata nei. Nga pākahiko lithium katote ngawari (LIBs) he teitei te kaha o te kaha me te mahi hiko hiko e kiia ana ko te hangarau o te pākahiko tino pai mo nga hua hiko ka taea. Ahakoa te whakamahi i nga hiko kiriata angiangi me nga irahiko i runga i te polymer ka tino pai ake te ngawari o nga LIB, kei reira nga raru e whai ake nei:

(1) Ko te nuinga o nga pākahiko ngawari ka tapaehia e "te hiko-whakawehe-pai-hiko hiko kino," me te iti o te ahuakore me te pahekeheke i waenga i nga puranga paparanga maha e aukati ana i te mahi katoa o nga LIB;

(2) I raro i etahi ahuatanga kino ake, penei i te kopaki, te totoro, te awhiowhio, me te whakarereketanga uaua, kaore e taea e ia te kii i te mahi o te pākahiko;

(3) Ko tetahi waahanga o te rautaki hoahoa kaore e aro ki te whakarereketanga o te kaikohi whakarewa o naianei.

Na reira, ka tutuki i te wa kotahi tana koki piko iti, te maha o nga momo whakarereke, te mauroa miihini pai ake, me te nui o te kaha o te kaha ka pa ki nga wero maha.

Kupu Whakataki

I tata nei, ko Ahorangi Chunyi Zhi me Takuta Cuiping Han o te Whare Wananga o te Taone o Hong Kong i whakaputa he pepa e kiia ana "Human joint inspired structure design for beable/foldable/stretchable/twistable battery: achieving multiple deformability" on Energy Environ. Sci. I whakaaweahia tenei mahi e te hanganga o nga hononga tangata me te hoahoa i tetahi momo LIB ngawari e rite ana ki te punaha hono. I runga i tenei hoahoa hou, ka taea e te pākahiko rite, ngawari te whakatutuki i te kiato o te hiko teitei, ka piko, ka takai ranei ki te 180°. I te wa ano, ka taea te whakarereke i te hanganga hanganga ma roto i nga tikanga awhiowhio rereke kia whai kaha nga LIB ngawari ki te whakarereke, ka taea te whakamahi ki nga huringa tino kino me te uaua (te awhiowhio me te hurihuri), ka taea hoki te totoro, me o raatau kaha ki te whakarereke. i tua atu i nga purongo o mua mo nga LIB ngawari. I whakapumautia e te tātaritanga whakataihanga huānga mutunga kore te pākahiko i hangaia i roto i tenei pepa e kore e taea te whakarereketanga kirihou korekore o te kaikohi whakarewa o naianei i raro i nga momo rerekee uaua me te uaua. I te wa ano, ka taea e te pākahiko wae tapawha kua whakaemihia te kiato pūngao ki runga ki te 371.9 Wh/L, ko te 92.9% o te pākahiko pukoro ngawari. I tua atu, ka taea e ia te mau tonu te mahi huringa ahakoa i muri i te neke atu i te 200,000 nga wa o te piko hihiri me te 25,000 nga wa o te distortion hihiri.

Ko etahi atu rangahau e whakaatu ana ka taea e te pūtau waeine porotakaroa kua whakahiato te tu atu ki nga huringa kino ake, uaua. I muri neke atu i te 100,000 totoro hihiri, 20,000 hurihuri, me te 100,000 whakapiko deformations, ka taea tonu te whakatutuki i te kaha teitei o te neke atu i te 88%-reiti pupuri. No reira, ko nga LIB ngawari e whakaarohia ana i roto i tenei pepa he tirohanga nui mo nga tono mahi i roto i te hikohiko mau.

Nga tohu nui

1) Ka taea e nga LIB ngawari, i whakaaweahia e nga hononga o te tangata, ka mau tonu te mahi huringa i raro i te piko, te korikori, te toronga, me nga huringa awhiowhio;

(2) Ma te pākahiko ngawari tapawha, ka taea e ia te eke ki te 371.9 Wh/L, ko te 92.9% o te pākahiko ngawari-momo;

(3) Ka taea e nga momo awhiowhio rereke te whakarereke i te ahua o te puranga o te pākahiko me te tuku i te pākahiko kia pai te whakarereketanga.

Aratohu whakairoiro

Kua whakaatuhia e te rangahau, i tua atu i te whakarite kia nui te kaha o te kaha o te kaha me te whakarereketanga uaua ake, me karo ano hoki te hoahoa hangahanga i te huringa kirihou o te kaikohi o naianei. Ko te whaihanga huānga mutunga e whakaatu ana ko te tikanga pai rawa atu o te kaikohi o naianei ko te aukati i te kaikohi o naianei mai i te radius piko iti i te wa o te whakapiko kia kore ai te rerekee o te kirihou me te kino korekore o te kaikohi o naianei.

Ko te Whakaahua 1a e whakaatu ana i te hanganga o nga hononga tangata, e awhina ana te hoahoa o te mata kopiko nui nui ki te huri pai i nga hononga. I runga i tenei, ko te Whakaatu 1b e whakaatu ana i te anode graphite/diaphragm/lithium cobaltate (LCO) anode, ka taea te werohia ki roto i te hanganga tapae matotoru tapawha. I te hononga, e rua nga papaa maataki matotoru me tetahi waahanga ngawari. Ko te mea nui ake, he mata kopikopiko te mata kopikopiko e rite ana ki te uhi koiwi hono, hei awhina i te pehanga parepare me te whakarato i te kaha tuatahi o te pākahiko ngawari. Ko te wahanga rapa hei hononga, hei hono i nga puranga matotoru me te ngawari (Whakaahua 1c). I tua atu i te awhiowhio ki roto i te puranga tapawha, ka taea hoki te hanga i nga pākahiko me nga pūtau porotakaroa, tapatoru ranei ma te huri i te tikanga awhiowhio (Whakaahua 1d). Mo nga LIB ngawari me nga waeine rokiroki pūngao tapawha, ka huri nga wahanga hono ki te taha o te mata ahua pewa o te puranga matotoru i te wa o te whakapiko (Whakaahua 1e), na reira ka tino piki ake te kiato o te hiko o te pākahiko ngawari. I tua atu, na roto i te whakakao polymer elastic, ka taea e nga LIB ngawari me nga waeine porotakaroa te whakatutuki i nga taonga totoro me te ngawari (Whakaahua 1f).

Whakaahua 1 (a) He mea nui te hoahoa o te hononga hononga hononga me te mata kopikopiko hei whakatutuki i te ngawari; (b) Hoahoa hoahoa o te hanganga pākahiko ngawari me te mahi whakangao; (c) he rite te wheua ki te puranga hiko matotoru, me te hononga ki te wetewete (D) Hanganga pākahiko ngawari me nga pūtau porotakaroa me te tapatoru; (e) Te whakahiato hoahoa hoahoa o nga pūtau tapawha; (f) Totoro whakakino o nga pūtau porotakaroa.

Ko te whakamahinga ake o te tātaritanga whaihanga miihini i whakapumau i te pumau o te hanganga pākahiko ngawari. Ko te Whakaahua 2a e whakaatu ana i te tohatoha ahotea o te parahi me te konumohe konumohe ka piko ki roto i te rango (180° radian). Ko nga hua e whakaatu ana ko te ahotea o te parahi me te konumohe konumohe he iti ake i to ratau kaha tuku, e tohu ana kaore tenei huringa e puta i te huringa kirihou. Ka taea e te kaikohi konganuku o naianei te karo i nga kino korekore.

Ko te ahua 2b e whakaatu ana i te tohatoha ahotea i te wa ka piki ake te tohu o te piko, me te taumahatanga o te pepa parahi me te pepa konumohe he iti ake i to raatau kaha tuku. Na reira, ka taea e te hanganga te tu ki te whakakopa i te whakarereketanga i te wa e mau tonu ana. I tua atu ki te whakapiko deformation, ka taea e te punaha te whakatutuki i tetahi tohu o te whakakorikori (Whakaahua 2c).

Mo nga pākahiko me nga waeine porotakaroa, na nga ahuatanga o te porowhita, ka taea e ia te whakatutuki i nga huringa kino me te uaua. No reira, ka takai te pākahiko ki te 180o (Whakaahua 2d, e), ka totoro ki te 140% o te roa tuatahi (Whakaahua 2f), ka whiria ki te 90o (Whakaahua 2g), ka taea e ia te mau tonu i te miihini. I tua atu, i te wa e whakamahia motuhake ana te whakapiko + me te hurihanga awhiowhio, ko te hanganga LIB i hangaia e kore e taea te whakarereke i te kirihou o te kaikohi whakarewa o naianei i raro i nga momo rerekee kino me te uaua.

Whakaatu 2 (ac) Ko nga hua whaihanga huānga mutunga o te pūtau tapawha i raro i te piko, te kopaki, me te korikori; (di) Ko nga hua whaihanga huānga mutunga o te pūtau porotakaroa i raro i te piko, te whakakopa, te totoro, te korikori, te piko + me te kopikopiko.

Hei arotake i te mahi hiko o te pākahiko ngawari i hangaia, i whakamahia a LiCoO2 hei rauemi cathode hei whakamatautau i te kaha tuku me te pumau o te huringa. Ka rite ki te Whakaaturanga 3a, ko te kaha o te tukunga o te pākahiko me nga pūtau tapawha kaore i te tino heke i muri i te rerekeetanga o te waka rererangi ki te piko, ki te whakakai, ki te takai, ki te kopikopiko i te 1 C te whakanui, ko te tikanga ko te whakarereketanga miihini e kore e puta te hoahoa o te pākahiko hangore ki te hikohiko Matū mahi. Ahakoa i muri i te pikonga hihiri (Whakaahua 3c, d) me te torsion hihiri (Whakaahua 3e, f), a i muri i te maha o nga huringa, karekau he huringa o te papaa me te tukunga me te mahi huringa roa, ko te tikanga ko te hanganga o roto o he pai te tiaki i te pākahiko.

Whakaaturanga 3 (a) Te whakamatautau utu me te tukunga o te pākahiko wae tapawha i raro i te 1C; (b) Te pihinga utu me te tukunga i raro i nga tikanga rereke; (c, d) I raro i te pikonga hihiri, te mahinga o te huringa o te pākahiko me te pihi utu me te hekenga; (e, f) I raro i te torsion hihiri, ko te mahinga huringa o te pākahiko me te pihi utu-tuku e tika ana i raro i nga huringa rereke.

Ko nga hua tātaritanga whakatairite e whakaatu ana he mihi ki nga ahuatanga o te porowhita, ka taea e nga LIB ngawari me nga huānga porotakaroa te tu atu i nga rereketanga tino nui me te uaua. Na reira, ki te whakaatu i te mahi hiko o nga LIB ngawari o te waeine porotakaroa, i mahia te whakamatautau i te tere o te 1 C, i whakaatu mai i te wa e pa ana te pākahiko ki nga momo rerekee, kaore he huringa o te mahi hiko. E kore e rereke te ahua o te ngaohiko (Whakaahua 4a, b).

Hei arotake ano i te mana hiko o te pākahiko porotakaroa me te mauroa o te miihini, ka tukuna e ia te pākahiko ki te whakamatautau uta aunoa hihiri i te tere o te 1 C. Ko nga rangahau e whakaatu ana i muri i te toronga hihiri (Whakaahua 4c, d), te toronga hihiri (Whakaahua 4e, f) , me te pikonga hihiri + te toronga (Whakaahua 4g, h), kaore e pa ana te mahinga o te huringa utu-whakarerenga o te pākahiko me te pihinga ngaohiko e rite ana. Ko te Whakaahua 4i e whakaatu ana i te mahinga o te pākahiko me tetahi wae rokiroki pūngao karakara. Ka heke te kaha o te tukunga mai i te 133.3 mAm g-1 ki te 129.9 mAh g-1, a ko te ngaronga kaha mo ia huringa ko te 0.04% anake, e tohu ana kaore e pa te rerekeetanga ki te pumau o te huringa me te kaha tuku.

Whakaahua 4 (a) Te whakamatautau huringa utu me te tukunga o nga whirihoranga rereke o nga pūtau porotakaroa i te 1 C; (b) Ko nga pihi utu me te tukunga o te pākahiko i raro i nga ahuatanga rereke; (c, d) Te mahi o te hurihanga me te utu o te pākahiko i raro i te maataki hihiri Te pihinga whakaheke; (e, f) te mahinga o te huringa o te pākahiko i raro i te torsion hihiri me te pihi utu-tuku e rite ana i raro i nga huringa rereke; (g, h) te mahi hurihanga o te pākahiko i raro i te pikonga hihiri + torsion me te ānau utu-tuku i raro i nga huringa rereke; (I) Whakamatau utu me te tukunga o nga pākahiko wae prismatic me nga whirihoranga rereke i te 1 C.

Hei arotake i te whakamahinga o te pākahiko ngawari i whakawhanakehia i roto i te mahi, ka whakamahi te kaituhi i nga pākahiko katoa me nga momo momo momo momo momo momo momo hiko hei whakakaha i etahi hua hiko arumoni, penei i nga waea taringa, maataki atamai, paku hiko hiko, taputapu whakapaipai, me nga waea atamai. He ranea nga mea e rua mo te whakamahi i ia ra, ka whakakiia te kaha tono o nga momo hua hiko ngawari me te kakahu.

Ko te Whakaata 5 e whakamahi ana i te pākahiko i hoahoatia ki nga taringa, maataki atamai, paku hiko, taputapu whakapaipai, me nga waea atamai. Ka tukuna e te pākahiko ngawari te hiko mo (a) taringa, (b) maataki atamai, me (c) paku hiko; (d) tuku hiko mo nga taputapu whakapaipai; (e) i raro i nga ahuatanga rerekee, ka tukuna e te pākahiko ngawari te mana mo nga waea atamai.

Whakarāpopoto me te tirohanga

Hei whakarāpopototanga, he mea whakaawe tenei tuhinga na te hanganga o nga hononga tangata. Ka whakaarohia he tikanga hoahoa ahurei mo te hanga i te pākahiko ngawari me te kaha o te kaha o te kaha, te rerekeetanga maha, me te mauroa. Ka whakatauritea ki nga LIB ngawari tuku iho, ka taea e tenei hoahoa hou te karo i te huringa kirihou o te kaikohi whakarewa o naianei. I taua wa ano, ko nga mata kopikopiko kua rahuitia i nga pito e rua o te wae rokiroki hiko i hangaia i roto i tenei pepa ka taea te whakamaarama pai i te ahotea o te rohe o nga waahanga hono. I tua atu, ka taea e nga tikanga awhiowhio rereke te whakarereke i te ahua o te puranga, ka taea te whakarereketanga o te pākahiko. Ko te pākahiko ngawari e whakaatu ana i te tino pai o te huringa me te mauroa o te miihini na te hoahoa hou, he nui hoki nga tono mo nga momo hua hiko ngawari me te kakahu.

Hononga tuhinga

Ko te hoahoa hanganga i whakaawehia e te tangata mo te pākahiko whakapiko/pokapoo/whakaahua/takahurihuri: te whakatutuki i te maha o nga ngoikoretanga. (Taiao Pungao. Sci., 2021, DOI: 10.1039/D1EE00480H)