Varinės folijos storis turi paslaptį, kuri turi didžiulį poveikį!

Atsižvelgiant į ličio{0}}jonų baterijų pramonės nuolatinę evoliuciją siekiant didesnio energijos tankio, didesnio saugumo ir mažesnės sąnaudos, vario folija, ilgai -apleista pagrindinė neigiamo elektrodo srovės kolektoriaus medžiaga, vėl patenka į pagrindinį pramonės dėmesį. Nors varinės folijos storis matuojamas mikrometrais, jis turi sistemingą poveikį akumuliatoriaus energijos tankiui, spartos veikimui, ciklo trukmei, saugos ribai ir gamybos sąnaudoms; jo svarba ne mažesnė nei pačių teigiamų ir neigiamų elektrodų medžiagų. Paspartėjus didelio masto-galios baterijų ir energijos kaupimo baterijų taikymui, vario folijos parametrų optimizavimas tapo svarbia medžiagų inžinerijos ir sistemų projektavimo bendradarbiavimo problema.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Energijos tankio požiūriu vario folija, kaip neigiamo elektrodo srovės kolektorius, nedalyvauja elektrocheminėse reakcijose; jo masė ir tūris yra visiškai „neaktyvios proporcijos“. Esant tam tikroms ląstelių dydžio sąlygoms, kuo plonesnė vario folija, tuo didesnė aktyviųjų medžiagų dalis. Tyrimai ir inžinerinė praktika rodo, kad pakeitus tradicinę 10-mikrometrų vario foliją 6 mikrometrų specifikacija, neaktyvių medžiagų masės dalis gali būti žymiai sumažinta, o teorinis potencialus masės energijos tankio padidėjimas yra 5–8%. Riboto tūrio konstrukcijose, pvz., cilindrinėse baterijose, ploninant vario foliją taip pat gali atsilaisvinti efektyvi vidinė erdvė, dar labiau pagerinant tūrinį energijos tankį. Ši tendencija taip pat paskatino daugiasluoksnių vario folijos konstrukcijų tyrimus ir pritaikymą labai integruotuose laidžiuose sprendimuose, tokiuose kaip daugiasluoksnės varinės folijos ir lanksčios šynos.

 

Esant našumo lygiui, vario folijos storis tiesiogiai veikia akumuliatoriaus vidinę varžą ir šilumos valdymo efektyvumą. Plonesnė vario folija, esanti toje pačioje medžiagų sistemoje, gali sumažinti elektronų perdavimo kelio varžą, taip sumažindama bendrą vidinę varžą ir Džaulio šilumos nuostolius didelės-srovės įkrovimo ir iškrovimo metu. Eksperimentiniai duomenys rodo, kad sumažinus vario folijos storį nuo 10 mikrometrų iki 5-6 mikrometrų diapazono, elemento nuolatinės srovės vidinė varža gali sumažėti maždaug nuo 20 % iki 25 %, o tai rodo stabilesnę įtampos platformą ir mažesnį temperatūros kilimą esant dideliam -greičiui. Ši charakteristika suteikia plonos varinės folijos sprendimams didelį pranašumą didelės{10}}galios sistemose ir labai atitinka mažos varžos laidžių sistemų, pvz., lanksčiųjų šynų ir lanksčiųjų varinių šynų, projektavimo logiką.

 

Tačiau plonesnė vario folija ne visada yra geresnė; jo mechaninės savybės ir ilgalaikis{0}}patikimumas taip pat yra svarbūs apribojimai. Mažėjant storiui, varinės folijos atsparumas tempimui ir atsparumas nuovargiui silpsta tuo pačiu metu, todėl ji labiau linkusi į mikroįtrūkimus vyniojant, vyniojant ir ilgai važiuojant{2}}, todėl padidėja vietinis vidinis pasipriešinimas ir net gedimo rizika. Duomenys rodo, kad itin -plonos varinės folijos talpa yra žymiai mažesnė esant dideliam ciklo skaičiui, palyginti su vidutinio-storio vario folija. Be to, esant dideliam greičiui arba didelės -apkrovos sąlygomis, padidėja ličio dendrito augimo neigiamame elektrode rizika, nes per ploną vario foliją lengviau prasiskverbia dendritai, todėl padidėja vidinių trumpųjų jungimų tikimybė. Ši problema ypač aktuali didelės-galios sistemose, kurias aptarnauja maitinimo elementai ir automobilių varinės šynos.

 

Kalbant apie saugumą, vario folijos storis taip pat turi įtakos akumuliatoriaus šiluminei reakcijai ir atsparumui smūgiams ekstremaliomis sąlygomis. Santykinai storesnė vario folija pasižymi stipresnėmis struktūrinėmis buferinėmis savybėmis atliekant piktnaudžiavimo bandymus, tokius kaip nagų įsiskverbimas ir išspaudimas, o tai gali tam tikru mastu sulėtinti terminio pabėgimo sklidimo greitį. Nors pats varis pasižymi itin dideliu šilumos laidumu, tikrosiose elementų struktūrose vario folijos storio pokyčiai turi ribotą poveikį bendram šilumos išsklaidymui, todėl labiau priklauso nuo sistemos lygio šilumos valdymo. Tai viena iš pagrindinių priežasčių, kodėl pastaraisiais metais baterijų sistemose buvo pradėtos naudoti lanksčios varinės laminuotos šynos, varinės šynos ir kompozitinės laidžios konstrukcijos. Kalbant apie gamybą ir kainą, vario folijos ploninimas reiškia didesnius technologinius barjerus. Itin plona varinė folija kelia itin aukštus reikalavimus valcavimo tikslumui, storio nuoseklumui ir paviršiaus kokybei, todėl žymiai padidėja investicijos į įrangą ir išeigos kontrolės sunkumai. Tuo pačiu metu elektrodų dangos, įtempimo valdymo ir pjaustymo procesų stabilumas yra labiau jautrus smūgiams, todėl bendras gamybos sąnaudų padidėjimas. Nors vario kiekis, sunaudojamas vienam vienetui, mažėja, bendras plonos vario folijos sprendimų sąnaudų pranašumas ne visada išreiškiamas tiesiškai didelės apimties gamybos sąlygomis. Tai yra pagrindinė priežastis, kodėl pramonė vis dar išlaiko daugybę storio parinkčių skirtingiems taikymo scenarijams.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Verta paminėti, kad technologinis tyrimas, susijęs su vario folijos veikimo trūkumais, vystosi keliais lygiagrečiais keliais. Viena vertus, medžiagų modifikavimas ir procesų optimizavimas skatina didelį retėjimą; kita vertus, sudėtiniai srovės rinktuvai, kelių sluoksnių{1}}struktūros irKelių-sluoksnių vario folijos lanksti šynasprendimai palaipsniui pereina į inžinerinės patikros etapą, siekiant geresnio svorio mažinimo, stiprumo ir saugumo pusiausvyros. Ši tendencija glaudžiai atitinka laidžių komponentų, tokių kaip lanksčios šynos vario, vario lanksčios šynos ir alavu dengtos varinės magistralės, raida naujose energijos sistemose.

 

Apskritai vario folijos storio pasirinkimas nėra ypatingas vieno našumo rodiklio optimizavimas, o sistemingas energijos tankio, greičio našumo, ciklo trukmės, saugos pertekliaus ir gamybos sąnaudų kompromisas{0}}. Nuolat plečiant energijos baterijas, energijos kaupimo sistemas ir didelės galios elektronines programas, varinės folijos ir su ja susijusių laidžiųjų struktūrų svarba toliau didės. Šis iš pažiūros nereikšmingas plonas metalo lakštas tampa vienu iš pagrindinių kintamųjų, lemiančių baterijų veikimo ribas.