Zostałaś(eś) przekierowany do lokalnej wersji strony

EIS wysokiej częstotliwości: potężne narzędzie przyszłej mobilności

11 mar 2024

Artykuł

Rynek pojazdów elektrycznych (EV) szybko rośnie ze względu na czynniki środowiskowe i ekonomiczne. W miarę jak pojazdy elektryczne stają się coraz popularniejsze, rozwój technologii akumulatorów będzie miał kluczowe znaczenie dla zaspokojenia potrzeb tej rozwijającej się branży w zakresie magazynowania energii. Baterie półprzewodnikowe (SSB) stanowią obiecującą alternatywę dla konwencjonalnej technologii akumulatorów litowo-jonowych. Charakterystyka elektrochemiczna SSB może być trudna, ale dzięki zastosowaniu elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej (EIS) przy wysokich częstotliwościach (do 10 MHz) łatwiej jest uchwycić szybkie procesy.

Wstęp

Pojazdy elektryczne oferują zerową bezpośrednią emisję gazów cieplarnianych i niższe koszty paliwa w porównaniu z pojazdami napędzanymi paliwami kopalnymi. Globalna sprzedaż pojazdów elektrycznych osiągnęła w 2023 r. 13,6 miliona sztuk i przewiduje się, że liczba ta znacznie wzrośnie w najbliższej przyszłości [1,2

Akumulatory zasilające pojazdy elektryczne muszą magazynować więcej energii, a jednocześnie mają być bezpieczniejsze, mniejsze, lżejsze i tańsze, niż pozwala na to obecna technologia. Poprawa gęstości energii jest szczególnie ważna, ponieważ zestawy akumulatorów są jednymi z najcięższych i najdroższych elementów pojazdów elektrycznych. Poprawa wydajności akumulatorów będzie miała wpływ na tempo, w jakim producenci samochodów będą mogli produkować pojazdy elektryczne dorównujące pojazdom z silnikiem spalinowym pod względem zasięgu i ceny zakupu.

Zgodnie z infromacjami jakie pojawiły się w poprzednim artykule na naszym blogu, baterie półprzewodnikowe (SSB) są potencjalnie lepszą alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych (LIB). SSB mogłyby pomóc w upowszechnieniu pojazdów elektrycznych na dużą skalę, zapewniając większa gęstość energii przy użyciu stałego materiału elektrolitowego zamiast palnego ciekłego elektrolitu. Pomaga w tym nieodłączna wytrzymałość elektrolitów stałych, które są zancznie bezpieczeniejsze w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi, gdyż ryzyko pożaru na skutek zwarcia ulega redukcji. Ponadto elektrolity stałe są zazwyczaj poddawane zarówno działaniu chemicznemu, jak i termicznemu są stabilniejsze niż ciekłe elektrolity, co zmniejsza degradację i tworzenie się dendrytów w czasie.

Pomimo, że techologia SSB nadal znajduje się w fazie badawczo-rozwojowej (poza pewnymi wyjątkami [3]) jest bardzo obiecująca w zakresie poprawy wydajności baterii. Dotyczy to zastosowania wyższych napięć, dłuższej żywotności baterii i możliwości szybszego ładowania. Nadal jednak istnieją poważne wyzwania związane z opracowaniem stałych elektrolitów, które mogą przewodzić prąd równie skutecznie jak ciecze w temperaturze pokojowej.

Chociaż systemy akumulatorów półprzewodnikowych mają ogromny potencjał, napotykają problemy kontaktowe na stykach pomiędzy katodą a kompozytem elektrolitowym (Rysunek 1). Te interfejsy typu „ciało stałe-ciało stałe” stanowią wyzwanie dla wydajnego przepływu jonów i elektronów w akumulatorze.