Sparčiai tobulėjant naujoms energijos varomoms elektra varomoms transporto priemonėms ir elektra varomiems orlaiviams, didesnio važiavimo nuotolio poreikis abiem atvejais vis labiau priklauso nuo energijos -tankiųjų ličio-jonų baterijų (LIB)

Sparčiai tobulėjant naujoms energijos varomoms elektra varomoms transporto priemonėms ir elektra varomiems orlaiviams, didesnio važiavimo nuotolio poreikis vis labiau priklauso nuo energijos -tankiųjų ličio-jonų baterijų (LIB).

Šiuo metu tradicinėse skystose baterijose efektyvus Li + jonų transportavimo kelio ilgis porėtame elektrode yra labai svarbus. Šis ilgis didėja atsižvelgiant į plotinę apkrovą, tiesiogiai ribodamas greito-įkrovimo našumą. Pramonėje buvo pasiūlyta įvairių strategijų, tarp kurių elektrodų ploninimas yra vienas iš pagrindinių būdų, kaip pagerinti greitį, tačiau šis metodas kainuoja akumuliatoriaus energijos tankį.

Kietojo kūno{0}}baterijos, kaip galutinis baterijų tikslas, susiduria su iššūkiais, nesusijusiais su našumu ir kaina; viena didžiausių kliūčių yra ličio dendrito susidarymo problemos sprendimas. Ličio metalas yra perspektyviausia baterijų anodo medžiaga, tačiau dendrito augimas, didelis ličio reaktyvumas ir tūrio padidėjimas kelia pavojų ličio metalo baterijų saugai ir trukdo praktiškai naudoti ličio metalo anodus įkraunamose baterijose.

Abu šie pagrindiniai skausmo taškai šiuo metu rodo tą patį sprendimą: putų varį. Putotas varis, dar žinomas kaip 3D varis, yra nauja akumuliatoriaus medžiaga, turinti daug unikalių savybių ir privalumų. Putotas varis yra metalinė medžiaga, turinti daug tolygiai paskirstytų tarpusavyje sujungtų porų, pasižyminti geru laidumu ir lankstumu. Ličio-jonų baterijose, palyginti su pirmosios-kartos vario folijos srovės rinktuvais ir antrosios-kartos sudėtiniais srovės rinkikliais, putplasčio metalo srovės rinktuvai yra trečios kartos. Šis trečiosios-kartos srovės kolektorius taip pat yra pagrindinis veiksnys, lemiantis, ar Kinija gali būti pirmoji pasaulyje, pasiekusi visų -kietojo{10}}baterijų industrializaciją.

Pirma, putotas varis, kaip akumuliatoriaus medžiaga, pasižymi dideliu laidumu, o tai padeda pagerinti akumuliatoriaus įkrovimo ir iškrovimo efektyvumą. Jo porėta struktūra padidina kontakto plotą tarp elektrodo ir elektrolito, taip pagerindama akumuliatoriaus energijos tankį ir ciklo stabilumą. Tradiciniai srovės kolektoriai (TCC), tokie kaip kieto metalo folijos, įskaitant Cu ir Al, neturi poringumo ir yra nepralaidžios elektrolitui. Todėl šie TCC nepalengvina Li+ transportavimo ir riboja Li+ transportavimą tarp elektrodų tik vienoje pusėje, o tai riboja greito įkrovimo veikimą.

Priešingai, akytas putplasčio vario dizainas leidžia Li+ jonams vienu metu praeiti ir per srovės kolektorių, ir per separatorių, taip perpus sumažinant efektyvų Li+ transportavimo atstumą ir keturis kartus padidinant difuzijos -riboto C- spartos veikimą, nepažeidžiant energijos tankio. Šiuo metu pirmaujantys vietiniai ir tarptautiniai didelio{5}}efektyvumo akumuliatorių gamintojai atliko lyginamuosius tyrimus. Remiantis naujausiu „Nature“ straipsniu, baterijos, kuriose naudojamas šis srovės kolektorius, pasižymi didele specifine energija (276 Wh kg⁻¹) ir didelėmis greito -įkrovimo galimybėmis, veikia 4 C (78,3 % C/C), 6 C (70,5 % C/C) ir 10 C (54,3 % C/C) temperatūromis. Šis akytas srovės kolektoriaus dizainas suderinamas su esamais baterijų gamybos procesais ir kitomis greito{16}}įkrovimo strategijomis, praturtina akumuliatoriaus konfigūracijas ir teikia geresnių idėjų kuriant naujos kartos baterijas.

Antra, kalbant apie didžiausią kietojo kūno -baterijų-ličio dendrito susidarymo- problemą, didelis vario putplasčio paviršiaus plotas veiksmingai išplečia elektrodo plotą, suteikdamas aktyvesnes vietas elektrocheminėms reakcijoms. Tai lemia didesnį srovės tankį ir akumuliatoriaus talpą. Dar svarbiau, kad didesnis reakcijos plotas reiškia mažesnę vieneto srovę, kuri labai pagerins ličio dendrito susidarymą. Pirmaujančių akumuliatorių gamintojų laboratorijose jis jau plačiai naudojamas kondensuotuose-ir kietojo kūno-baterijoms.

Be to, vario putos taip pat turi gerą mechaninį stiprumą ir stabilumą, gali atlaikyti stresą, susidarantį akumuliatoriaus veikimo metu, todėl pailgėja baterijos veikimo laikas. Tai taip pat labai patrauklu kietojo kūno-baterijoms.

Kiekvienai GWh baterijai reikia 700 tonų vario 6 m varinės folijos, o kompozitinis srovės kolektorius sveria apie 300 tonų, tam reikia apie 250 tonų vario. Vario putplasčiui reikia tik apie 100 tonų. Ženkliai sumažinus vario naudojimą, atsižvelgiant į dabartinius lūkesčius dėl ilgalaikio vario kainų kilimo, galima ne tik sutaupyti daug išlaidų, bet ir žymiai pagerinti akumuliatoriaus energijos tankį.