Strauji attīstot globālo enerģijas uzkrāšanas nozari, litija akumulatora šūnas, jo enerģijas uzkrāšanas sistēmu galvenie komponenti tieši nosaka enerģijas uzkrāšanas sistēmu efektivitāti, uzticamību un ekonomiku, pamatojoties uz to veiktspēju. Lai apmierinātu pieaugošo pieprasījumu enerģijas uzkrāšanas tirgū, litija akumulatoru šūnas ir nepārtraukti sasniegušas tehnoloģiskos sasniegumus materiālos, struktūrās un ražošanas procesos, veicinot pastāvīgas enerģijas uzkrāšanas sistēmas veiktspējas optimizāciju.
Materiālu inovācija: akumulatora šūnu visaptverošās veiktspējas uzlabošanas stūrakmens
Iteratīva pozitīvu elektrodu materiālu jaunināšana
Pozitīvais elektrodu materiāls ir galvenais faktors, kas ietekmē litija akumulatora šūnu enerģijas blīvumu un cikla kalpošanas laiku. Enerģijas uzglabāšanas sistēmas lietojumos litija dzelzs fosfāta (LFP) katodu materiāli dominē to augstās drošības, ilgstošā cikla kalpošanas un izmaksu priekšrocību dēļ. Pēdējos gados litija dzelzs fosfāta materiālu elektroniskā un jonu vadītspēja ir ievērojami uzlabojusies, izmantojot tādas metodes kā nanomēroga apstrāde, virsmas pārklājums un dopinga modifikācija. Enerģijas blīvums ir palielinājies no agrīnā 140-160 wh/kg līdz 180-200 wh/kg, un cikla kalpošanas laiks ir paplašināts arī līdz 6000-8000 laikiem. Piemēram, noteiktā uzņēmumā tiek izmantots nanomēroga litija dzelzs fosfāta materiāls un tā virsmā tiek izmantota oglekļa pārklājuma apstrāde, kas uzlabo akumulatora šūnu uzlādes un izlādes efektivitāti līdz vairāk nekā 98% un efektīvi samazina enerģijas uzkrāšanas sistēmas enerģijas zudumu.
Tikmēr enerģijas uzglabāšanas jomā pakāpeniski parādās augsti niķeļa trīskāršie materiāli, piemēram, NCM811 un NCA. Palielinot niķeļa saturu, augstie niķeļa trīskāršie materiāli var sasniegt lielāku enerģijas blīvumu, kam ir noteiktas priekšrocības enerģijas uzglabāšanas scenārijos ar stingrām telpas un svara prasībām. Tomēr augstiem niķeļa materiāliem ir slikta termiskā stabilitāte, un tie ir pakļauti drošības jautājumiem. Lai atrisinātu šo problēmu, pētnieki ir uzlabojuši augstas niķeļa trīskāršo materiālu termisko stabilitāti un uzlabojuši to drošību enerģijas uzkrāšanas sistēmās, izstrādājot jaunus pārklājuma materiālus un optimizējot kristālu struktūras.
Inovatīva negatīvu elektrodu materiālu attīstība
Negatīvu elektrodu materiālu veiktspēja ir būtiska arī litija akumulatora šūnām. Tradicionālos grafīta negatīvo elektrodu materiālus plaši izmanto enerģijas uzglabāšanas šūnās to zemo izmaksu un stabilās veiktspējas dēļ. Bet, pieaugot pieprasījumam pēc augstas enerģijas blīvuma baterijām, silīcija bāzes negatīvie elektrodu materiāli ir kļuvuši par pētījumu. Teorētiskā silīcija specifiskā spēja ir pat 4200mA/g, kas ir vairāk nekā desmit reizes lielāka par grafītu. Apvienojot silīciju ar oglekļa materiāliem, lai sagatavotu silīcija oglekļa negatīvo elektrodu materiālus, silīcija tilpuma izplešanās problēmu uzlādes un izlādes laikā var efektīvi mazināt, un akumulatora šūnas ciklisko stabilitāti un enerģijas blīvumu var uzlabot. Pašlaik ir sasniegusi dažu silīcija oglekļa negatīvo elektrodu materiālu faktisko ietilpību 500-600 mah/g, un paredzams, ka to pielietojums enerģijas uzkrāšanas sistēmās vēl vairāk uzlabos akumulatora šūnu kopējo veiktspēju. Turklāt litija titanāta (LTO) negatīvajiem elektrodu materiāliem ir liela nozīme enerģijas uzglabāšanas scenārijos ar ārkārtīgi augstām prasībām attiecībā uz drošību un uzlādes ātrumu, piemēram, tīkla frekvences regulēšanu un ātru elektrisko autobusu uzlādi, ņemot vērā to lielisko drošības sniegumu, īpaši ātru uzlādes spēju un ultra ilgstošo cikla dzīvi.
Strukturālā inovācija: akumulatora šūnu efektivitātes un uzticamības optimizēšana
Šūnu struktūras dizaina uzlabošana
Akumulatora šūnu konstrukciju projektēšanā laminētas struktūras pakāpeniski saņem uzmanību. Salīdzinot ar tradicionālajām tinumu struktūrām, laminētām struktūrām ir labāka karstuma izkliedes veiktspēja un lielāks enerģijas blīvums. Saliktās šūnas maina pozitīvās un negatīvās elektrodu plāksnes ar separatoru, padarot strāvas sadalījumu šūnas iekšpusē vienveidīgāku, samazinot iekšējo pretestību un polarizācijas parādības, kā arī uzlabojot lādiņu un izlādes efektivitāti un cikla stabilitāti. Tajā pašā laikā laminētā struktūra var labāk pielāgoties dažādu izmēru un formu projektēšanas prasībām, un tai ir acīmredzamas priekšrocības dažās enerģijas uzkrāšanas sistēmās ar ierobežotu vietu. Piemēram, mājsaimniecības enerģijas uzglabāšanas sistēmās sakrautu litija akumulatora šūnu izmantošana var sasniegt kompaktāku izkārtojumu un uzlabot telpas izmantošanu.
Akumulatora komplekta struktūras optimizācija
Enerģijas uzglabāšanas sistēmās vairākas litija akumulatora šūnas veido akumulatora komplektu, lai apmierinātu pieprasījumu pēc lielas jaudas enerģijas uzkrāšanas. Akumulatora komplekta struktūras optimizēšana ir būtiska, lai uzlabotu akumulatora kopuma kopējo veiktspēju un uzticamību. Izstrādājot akumulatora šūnu sēriju un paralēlu savienojumu saprātīgi, kā arī optimizējot savienojuma līniju izkārtojumu akumulatora komplektā, var samazināt akumulatora iekšējo pretestību un samazināt enerģijas zudumus. Tikmēr, pieņemot modulāras dizaina koncepciju, akumulators ir sadalīts vairākos neatkarīgos moduļos, katrs satur noteiktu skaitu akumulatora šūnu un aprīkots ar neatkarīgu akumulatora pārvaldības sistēmu (BMS). Šī modulārā struktūra atvieglo akumulatoru uzstādīšanu, apkopi un paplašināšanu. Kad modulis neizdodas, to var ātri nomainīt, neietekmējot citu moduļu parasto darbību, uzlabojot enerģijas uzkrāšanas sistēmas uzticamību un uzturējamību.
Ražošanas procesa inovācijas: šūnu kvalitātes un konsekvences nodrošināšana
Augstas precizitātes ražošanas aprīkojuma pielietojums
Litija akumulatoru šūnu ražošanas procesam ir izšķiroša ietekme uz to veiktspēju un kvalitāti. Izstrādājot inteliģentu ražošanas tehnoloģiju, akumulatoru šūnu ražošanā plaši izmantots augstas precizitātes ražošanas iekārta. Elektrodu pārklājuma procesā, lai panāktu precīzu elektrodu pārklājuma biezuma kontroli, tiek izmantota augstas precizitātes spraugas pārklājuma mašīna. Pārklājuma biezuma kļūdu var kontrolēt ± 1 μm robežās, nodrošinot elektrodu pārklājuma vienveidību un uzlabojot akumulatora šūnu konsistenci. Tinuma vai sakraušanas procesā automatizētam aprīkojumam ir augstāka precizitāte un stabilitāte, kas var sasniegt stingru un vienmērīgu elektrodu gabalu tinumu vai sakraušanu, samazināt spraugas akumulatora šūnas iekšpusē un uzlabot enerģijas blīvumu. Tajā pašā laikā lāzera metināšanas tehnoloģijas pielietošana akumulatora šūnu savienojuma daļās var sasniegt augstas precizitātes un augstas stiprības metināšanu, samazināt kontakta pretestību un uzlabot akumulatoru komplektu elektrisko veiktspēju un uzticamību.
Inteliģentas kvalitātes uzraudzības sistēmas būvniecība
Lai nodrošinātu litija akumulatora šūnu kvalitāti un konsistenci, inteliģentas kvalitātes uzraudzības sistēmai ir liela nozīme ražošanas procesā. Izvietojot lielu skaitu sensoru un inteliģentu noteikšanas ierīču ražošanas līnijā, reāllaika dati tiek savākti ražošanas procesa laikā, piemēram, temperatūra, spiediens, strāva, spriegums, pārklājuma biezums, elektrodu lielums utt., Un šie dati tiek analizēti un apstrādāti reālā laikā, izmantojot tādas tehnoloģijas kā lielas datu analīze un mākslīgais intelekts. Kad ražošanas procesā tiek atklātas patoloģiskas situācijas, sistēma var izdot savlaicīgus brīdinājumus un automātiski pielāgot ražošanas parametrus vai pārtraukt ražošanu, lai izvairītos no nepilnīgu produktu ražošanas. Tajā pašā laikā, izmantojot inteliģentās ražošanas sistēmas dziļas ieguves un ražošanas datu analīzei, var arī sasniegt nepārtrauktu ražošanas procesu optimizāciju un uzlabošanu, uzlabot ražošanas efektivitāti, samazināt ražošanas izmaksas, nodrošināt augstas kvalitātes litija akumulatora šūnu ražošanu un nodrošināt ticamas garantijas enerģijas uzkrāšanas sistēmu stabilai darbībai.