Mekkaniżmi ta' Korrużjoni, Modi ta' Ħsara, u Strateġiji ta' Protezzjoni Sistematiċi għall-Batteriji tal-Ion tal-Aluminju-Lithium Cased-

Il-korrużjoni tal-kisi tal-batterija tal-aluminju hija primarjament kategorizzata f'żewġ tipi: korrużjoni esterna u korrużjoni interna. Il-korrużjoni esterna tirriżulta mill-espożizzjoni tal-batterija għal sustanzi korrużivi-bħal aċidi u alkali (eż., ilma tax-xita jew aġenti tat-tindif)-matul il-ħażna jew it-tħaddim, li tnaqqar direttament il-wiċċ tal-kisi tal-aluminju. Il-korrużjoni interna, bil-maqlub, hija aktar insidjuża u potenzjalment aktar perikoluża; il-kawża ewlenija tagħha tinsab fl-interkalizzazzjoni tal-litju fl-istruttura tal-aluminju taħt kundizzjonijiet elettrokimiċi speċifiċi. Meta l-potenzjal tal-kisi tal-aluminju jinżel għal bejn 0.2 u 0.4 V (vs. Li/Li⁺), jonji Li⁺ jinterkalizzaw fil-kannizzata tal-kristall tal-aluminju biex jiffurmaw ligi intermetalliċi bħal LiAl u Li₃Al₂.

Dan il-proċess jinduċi espansjoni u qsim tal-kannizzata, li fl-aħħar mill-aħħar jikkawża li l-aluminju jippolverizza, jitlef it-tleqqija metallika tiegħu, u jifforma saff ta 'korrużjoni poruż. Dan il-proċess ta 'degradazzjoni huwa tipikament attivat minn short circuit aċċidentali bejn l-elettrodu negattiv u l-kisi tal-aluminju.

Biex isseħħ korrużjoni interna, għandhom jiġu sodisfatti tliet kundizzjonijiet fl-istess ħin: il-preżenza ta 'mogħdija tal-elettroni, mogħdija tal-joni, u potenzjal korrużiv. Minn dawn, il-mogħdija tal-joni (provduta mill-elettrolit) hija inevitabbli; għalhekk, l-imblukkar tal-mogħdija tal-elettroni u l-kontroll tad-differenza potenzjali jikkostitwixxu l-istrateġiji ewlenin għall-prevenzjoni tal-korrużjoni. F'disinji standard, il-kisi tal-aluminju ta 'ċellula priżmatika tal-batterija jiżgura iżolament elettriku sħiħ bejn l-elettrodu negattiv u l-kisi permezz tal-użu ta' materjali iżolanti (bħal films iżolanti jew gaskits tal-kopertura ta 'fuq-).

Madankollu, jekk l-elettrodu negattiv jiġi f'kuntatt mal-ħajt ta 'ġewwa tal-kisi-kemm jekk minħabba difetti tal-manifattura (eż., linji ta' l-elettrodi twal eċċessivament, adeżivi iżolanti spostati, jew inkapsulament fqir ta 'l-istralċ) jew ħsara mekkanika esterna-il-vultaġġ bejn l-elettrodu negattiv u l-kisi, hemm se joqrob il-kondizzjonijiet meħtieġa biex jinħolqu 0 V korrużjoni tal-interkalazzjoni tal-litju-. Studji sperimentali wrew li, wara diversi ċikli ta' skarigu ta' charge-, batteriji kompromessi bħal dawn spiss juru perforazzjonijiet u tnixxija tal-elettroliti fil-viċinanza tal-valv tal--splużjoni.

Barra minn hekk, short circuits esterni joħolqu riskju ugwalment sinifikanti. Jekk il-wiċċ ta 'barra tal-kisi tal-batterija jistabbilixxi mogħdija konduttiva għat-terminal negattiv-minħabba elettrolit residwu jew kuntatt ma' oġġetti metalliċi esterni (bħal tagħmir tat-test jew wajers)-jista 'b'mod simili jnaqqas il-vultaġġ tal-kisi fil-firxa tal-potenzjal korrużiv. Ir-riċerka tindika li batteriji b'vultaġġ inizjali tal-kisi ta '1–2 V, meta jkunu soġġetti għal ċikli ta' skarigu ta' charge-wara li jiġi stabbilit short circuit artifiċjali bit-terminal negattiv, juru malajr sinjali ta 'korrużjoni tal-kisi tal-aluminju. Fil-livell tal-pakkett tal-batteriji (PACK), jekk il-kisi tal-aluminju taċ-ċelloli individwali ħdejn xulxin jiġu f'kuntatt elettriku, jibdel id-distribuzzjoni potenzjali tul iċ-ċirkwit kollu tas-serje. Dan jista' jikkawża li l-vultaġġ tal-kisi ta' ċelloli individwali speċifiċi jinżel baxx b'mod anormali-jew saħansitra jsir negattiv-b'hekk jikkawża korrużjoni lokalizzata. Pereżempju, f'pakkett ta 'batteriji ta' tliet-ċelluli, ċirkwit qasir bejn il-kisi tal-aluminju tal-ewwel u tal-aħħar ċelluli jista 'jikkawża li l-vultaġġ tal-kisi taċ-ċellula terminali jinżel għal -1.5 V, u b'hekk jaċċellera l-falliment tiegħu.

Fatturi ambjentali m'għandhomx jiġu injorati lanqas. Jekk batterija b'kaxxa ta' l-aluminju-iddisinjata għal vetturi ta' enerġija ġodda tkun mgħaddsa f'ilma dgħajjef aċiduż (pH ≈ 5), il-vultaġġ tal-kisi jibqa' diffiċli biex jiġi rkuprat kompletament, anke wara t-tnixxif. Jekk iċ-ċikli tal-iċċarġjar u l-ħatt ikomplu f'dan l-istat kompromess, ir-rata ta 'korrużjoni taċċellera b'mod sinifikanti. Dan iseħħ minħabba li l-preżenza ta 'umdità tintroduċi mogħdijiet joniċi addizzjonali, filwaqt li joni ta' impurità jikkatalizzaw ir-reazzjonijiet elettrokimiċi. B'mod aktar kritiku, taħt kundizzjonijiet ta 'vultaġġ baxx tal-kisi, il-litju metalliku jista' jiddepożita direttament fuq il-wiċċ tal-kisi tal-aluminju, u jkompli jaggrava l-korrużjoni tal-liga.

L-impatt tal-korrużjoni fuq il-prestazzjoni tal-batterija juri effett ittardjat. Matul il-fażi inizjali (eż., l-ewwel 400 ċiklu), iż-żamma tal-kapaċità tal-batterija b'kaxxa tal-aluminju rikarikabbli-tidher li ma tistax tiġi distinta minn dik ta' unità normali u mhux korroduta; madankollu, hekk kif iċ-ċikliżmu javvanza, il-litju attiv jiġi kkunsmat kontinwament fir-reazzjonijiet ta 'litju li jseħħu fil-kisi tal-aluminju, li jwassal għal telf irriversibbli ta' materjal attiv fil-katodu. Wara 1,500 ċiklu, iż-żamma tal-kapaċità ta 'batterija imsadda tista' tinżel minn 88% sa 60%. F'termini ta 'prestazzjoni tar-rata, l-ebda differenzi sinifikanti ma huma osservati matul ir-rati ta' skariku taħt 5C; madankollu, b'rati ta 'skariku għoljin li jaqbżu l-10C, ir-reżistenza interna tal-batterija msadda tiżdied, li tirriżulta f'deterjorazzjoni notevoli tal-prestazzjoni.