Механизми таназзули иқтидори батарея чист?
Тағйир дар сохтори моддӣ
Маводҳои катодҳои дар айни замон васеъ истифодашаванда асосан сохтори қабати шашкунҷаи LiMO2 (дар он ҷо M=Co, Ni, Mn), сохтори шпинели LiMn2O4 ва сохтори оливинии LiFePO4 мебошанд. Новобаста аз сохтор, вақте ки ионҳои литий аз катод деинтеркалатсия мешаванд, барои нигоҳ доштани ҳолати электрикӣ дар мавод, элементи металлӣ ногузир ба ҳолати баландтари валентӣ оксид мешавад, ки бо раванди гузариши фаза ҳамроҳ мешавад. Гузаришҳои марҳилавӣ аксар вақт ба тағирёбии фазаҳо оварда мерасонанд, бинобар ин, ионҳои литий пайваста дар мавод байниҳамдигарӣ ва деинтеркалатсия мешаванд, тағирёбии фаза идома дорад ва дар дарозмуддат он ба устувории кристалл таҳдид мекунад. Дар муқоиса бо анод, иқтидори нобаробари баръакс, ки дар натиҷаи тағирёбии фазаҳо ва тағирёбии сохтори массаи маводи катод ба амал меояд, ба мӯҳлати батарея таъсири калон мерасонад. Графит сохтори қабати дорад. Вақте ки он якчанд қабат ғафс аст, ионҳои литий ҳангоми пуркунии батарея ба қабатҳои байниҳамдигарӣ дохил мешаванд ва бо электронҳои аз занҷири беруна интиқолёфта якҷоя шуда, графити литийдорро ташкил медиҳанд ва фосилаи байниқабатҳо дар ин вақт зиёд мешавад; дар ваќти разряд ионњои литий ќабатњои байниќабатњои графитро тарк карда, электронњоро ба занљири беруна мегузоранд ва реаксияи деинтеркалатсия ва оксидшавиро мегузаронанд ва дар ин ваќт фосилаи байни ќабатњо кам мешавад.
Маҳлули моддаҳои фаъол
Обшавии маводи катодӣ ба раванде дахл дорад, ки дар он маводи фаъол аз сабаби зангзанӣ дар электролит тадриҷан кам мешавад. Ҳал шудани маводи катодӣ дар ҳарорати баланд яке аз сабабҳои таназзули иқтидори батарея мебошад, бахусус ба кори давра ва нигоҳдории батареяҳо дар ҳарорати баланд таъсири бештар мерасонад. Ҳал шудани металлҳои гузаранда дар шароити муайян мушкилотест, ки дар ҳама маводи катодҳои LiMO2 вуҷуд дорад. Сабабҳои асосии парокандашавии маводи фаъол боиси бад шудани кори батарея инҳоянд: $\\textcircled{1}$ Ҳал шудани элементҳои металлӣ бевосита ба кам шудани маводи фаъол оварда мерасонад, ки боиси талафи иқтидори батарея мегардад; $\\textcircled{2}$ Ҳал шудани маводи катодӣ боиси таназзули сохтори моддӣ ва ба вуҷуд омадани моддаҳои аз ҷиҳати химиявӣ ғайрифаъол дар сатҳи зарраҳо мегардад, ки ба интиқоли ионҳои литий дар маводи электрод халал мерасонад; $\\textcircled{3}$ Ионҳои металлии ҳалшавандаи дар электролит мавҷудбуда ба анод дар электролит муҳоҷират карда, дар сатҳи анод дар шакли металл ё намак дар зери потенсиали кам ҷойгир мешаванд ва ин конҳо ҳатман ба устуворӣ ва ғафсии плёнкаи SEI дар сатҳи анод таъсир мерасонанд, ки боиси афзоиши поляризатсияи сатҳи электрод ва зиёд шудани муқовимати дохилии батарея мегардад. Аз ин рӯ, таъсири обшавии моддаҳои фаъол ба электролит на танҳо аз обшавӣ, балки аз таъсири манфии бештаре, ки дар натиҷаи обшавии металлҳои гузаранда ба вуҷуд меоянд, ба вуҷуд меояд.
Истеъмоли ионҳои литий
Дар тарҳрезии батареяҳои литий-иқтидори батарея одатан нисбат ба катод каме зиёдтар аст ва ионҳои литийи такрорӣ низ аз ҷониби катод таъмин карда мешаванд. Аз ин рӯ, интеркалатсияи баръакс ва деинтеркалатсияи ионҳои литий байни катод ва анод қобилияти батареяро муайян мекунад. Дар ҷараёни аввалин боркунӣ ва разряд дар сатҳи анод плёнкаи SEI ба вуҷуд меояд. Қисмҳои асосии ин филми пассиватсия моддаҳои гуногуни ғайриорганикӣ ба монанди Li2CO3, LiF, Li2O, LiOH ва ҷузъҳои гуногуни органикӣ ба монанди ROCO2Li, ROLi ва (ROCO2) 2Li мебошанд. Ҳамин тариқ, баъзе ионҳои литий истеъмол карда мешаванд ва ин талафоти қобилият бебозгашт аст. Фаъолияти анод ба морфология ва устувории филми SEI хеле алоқаманд аст ва қобилияти ташаккул додани филми устувори SEI дар сатҳи анод ба кори батарея таъсири ночиз- мерасонад. Ташаккули филми SEI ионҳои маҳдуди литийро дар батарея истеъмол мекунад. Агар филми SEI дар давоми давра пайваста вайрон шавад, пас реаксияи оксидшавӣ дар интерфейси анод/электролит пайваста ба вуҷуд меояд, то як филми нави SEI ба вуҷуд ояд. Ин раванд ионҳои маҳдуди литийро, ки катод дар система таъмин мекунад, истеъмол мекунад ва коҳиши ионҳои фаъоли литий ба таназзули иқтидор оварда мерасонад. Камшавии ионҳои литий дар электролит боиси паст шудани ноқилҳои электролит ва гум шудани ионҳои литий дар маводи катодӣ боиси номутавозунии байни ду электроди батарея мегардад.
Афзоиши муқовимати дохилӣ
Ҳангоми гардиши дарозмуддати батарея, афзоиши муқовимати дохилӣ низ сабаби муҳими таназзули иқтидор аст. Сабабҳои зиёд шудани муқовимати дохилӣ, асосан аз ду ҷанба вуҷуд доранд: $\\textcircled{1}$ Реаксияи оксидшавӣ дар интерфейси электрод/электролит дар электролит ба зиёд шудани муқовимати плёнкаи рӯизаминии электрод ва ноустувории плёнкаи SEI-и анод оварда мерасонад, ки пайваста плёнкаҳои сатҳи нав ба вуҷуд меоранд, муқовимати дохилӣ дар давоми тамоми давра, афзоиши муқовимати дохилӣ ва ғ. $\\textcircled{2}$ Ҳал шудани ионҳои металлӣ дар катод ба электролит ва ионҳои ионизатсияшудаи металлҳои ҳалшуда ба воситаи электролит ба анод муҳоҷир шуда, дар сатҳи анод дар шакли металл ё намак ҷойгир мешаванд, ки дар натиҷа поляризатсияи электрод зиёд мешавад. Илова бар ин, тадқиқот инчунин собит кардааст, ки зангзании коллектори ҷорӣ инчунин метавонад боиси афзоиши муқовимати дохилӣ гардад, аммо ин таъсир дар заминаи коркарди пешакии коллектори ҷорӣ нисбатан хурд аст. Афзоиши муқовимати дохилӣ боиси кам шудани зичии энергия ва иқтидори анод мегардад, реаксияе, ки дар интерфейси электрод/электролит рух медиҳад, сабаби асосии пиршавии анод мебошад.
