ኣቃውማን መትከል ስራሕን ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት

​

A ሊትየም-ኣዮን ባትሪዳግማይ ዝመልእ ባትሪ ኮይኑ፡ ከም ኣወንታዊን ኣሉታውን ኤሌክትሮድ ብቕደም ተኸተል ሊትየም ኣዮናት ብተገላባጢ መንገዲ ከእትዉን ክፈትሑን ዝኽእሉ ክልተ ንብረታት ዝጥቀም እዩ። ኣብ እዋን ቻርጅ ኣብቲ ኣወንታዊ ኤሌክትሮድ ዝርከቡ ኣቶማት ሊትየም ናብ ሊትየም ኣዮናትን ነጻ ኤሌክትሮናትን ኣዮናዊ ይኾኑ።

እዞም ኣዮናት ሊትየም ድሕሪኡ ናብቲ ኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ይስደዱ እሞ ምስቶም ኣብኡ ዘለዉ ነጻ ኤሌክትሮናት ተዋሃሂዶም ኣቶማት ሊትየም ይፈጥሩ። ብኣንጻሩ ኣብ እዋን ምፍሳስ ኣብቲ ኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ዝርከቡ ኣቶማት ሊትየም ዳግማይ ናብ ሊትየም ኣዮናትን ነጻ ኤሌክትሮናትን ይቕየሩ፣ ድሕሪኡ ኣብቲ ኣወንታዊ ኤሌክትሮድ ዳግማይ ተዋሃሂዶም መሊሶም ኣቶማት ሊትየም ይፈጥሩ። ስለዚ ኣብ ምሉእ ዑደት ምፍሳስ ቻርጅ-ሊትየም ኩሉ ግዜ ብኣዮናዊ መልክዕ እምበር ብመልክዕ ብረት ሊትየም ፈጺሙ ኣይህሉን እዩ፣ በዚ ምኽንያት ድማ እዩ እዚ ዓይነት ባትሪ ሊትየም-ኣዮን ባትሪ ተባሂሉ ዝጽዋዕ። ኣብ ዝተፈላለየ ዲዛይን ዝተመርኮሰ ኣብ ዕዳጋ ዝርከቡ ዝበዝሑ ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት ፖውች ሴላት፣ ሲሊንደራዊ ሴላትን ቁልፊ ሴላትን እዮም። እቲ ኣወንታዊ ኤሌክትሮድ ማተርያል ናይ ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት መብዛሕትኡ ግዜ ብሊትየም-ሃብታም ውህደት እዩ፣ ከም LiCoO2, LiFePO4, LiNiO, ከምኡውን LiMnzO2። እቲ ኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ማተርያል ናይ ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት መብዛሕትኡ ኣብ ግራፋይት ዝተመስረተ እዩ። ብዛዕባ ኤሌክትሮላይት ብሓፈሻ ኣብ ኦርጋኒክ መፍትሒታት ዝፈሰሱ ፍሉያት ጨው ሊትየም (ከም LiPF6, LiASF6, LiCIO4) ይጥቀሙ። እዞም ኦርጋኒክ መፍትሒታት ኤቲሊን ካርቦኔት (EC) ወይ ዳይቲል ካርቦኔት (DEC) ወዘተ ክኾኑ ይኽእሉ።እቲ ባትሪ ኣብ ዑደት ቻርጅ-ምፍሳስ ኣብ ዝህልወሉ እዋን፡ ኣዮናት ሊትየም ኣብ መንጎ ኣወንታዊን ኣሉታውን ኤሌክትሮድ ንቕድሚትን ንድሕሪትን ይስደዱ። እዚ መስርሕ እዚ ከምዚ ኣብ ታሕቲ ዘሎ ስእላዊ መግለጺ ብተምሳል "ናይ መንበር መንበር ባትሪ" ተባሂሉ ይግለጽ።

ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት ምስ ሊትየም ኮባልት ኦክሳይድ (LiCoO2) ከም ኣወንታዊ ኤሌክትሮድ፡ ግራፋይት ድማ ከም ኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ከም ኣብነት ወሲድና፡ ኤሌክትሮኬሚካላዊ መግለጺኡ፡ (-)CI LiPF(EC+ DEC) / LiCoO2(+) እዩ።

ኣወንታዊ ግብረመልሲ ኤሌክትሮድ፤

ኣሉታዊ ግብረመልሲ ኤሌክትሮድ:5.2

ሓፈሻዊ ግብረ መልሲ፡5.3

ብመሰረቱ ሊትየም-ኣዮን ባትሪ ኣብ ፍልልይ ምትእኽኻብ ሊትየም-ኣዮን ተመርኲሱ ዝሰርሕ መሳርሒ ኮይኑ ክረአ ይኽእል። ኣብ እዋን ቻርጅ፡ ኣዮናት ሊትየም ካብቲ ኣወንታዊ ኤሌክትሮድ ንብረት ይለቐቑ፡ ብኤሌክትሮላይት ይሓልፉ፡ ኣብቲ ኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ንብረት ድማ ይሰረቱ፡ እዚ ድማ ነቲ ኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ብሊትየም-ሃብታም ክኸውን ከሎ፡ እቲ ኣወንታዊ ኤሌክትሮድ ድማ ብተዛማዲ ሊትየም-ድኹም ይገብሮ። ብተመሳሳሊ መንገዲ፡ ሚዛን ቻርጅ ናይቲ ምሉእ ስርዓት ንምዕቃብ፡ ተዛመድቲ ኤሌክትሮናት ብግዳማዊ ሰርኪዩት ኣቢሎም ናብቲ ካርቦን-መሰረት ዝገበረ ኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ይቐርቡ። ብኣንጻሩ ኣብ እዋን ምፍሳስ ኣዮናት ሊትየም ካብቲ ኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ናብቲ ኣወንታዊ ኤሌክትሮድ ይስደዱ እሞ እቲ ኣወንታዊ ኤሌክትሮድ ብሊትየም-ሃብታም ክኸውን ይገብሩ። ንቡር ኮይኑ፡ ኣብ እዋን ንቡር ዑደት ምፍሳስ ቻርጅ-፡ ኣዮናት ሊትየም ኣብ መንጎ እቶም ዝተደራረቡ ንብረታት ካርቦንን ኦክሳይድን ብተደጋጋሚ ይሰኩዑን ይወጹን። እዚ መስርሕ ብቐንዱ ከም ለውጢ ኣብ መንጎ ንጣብ ርሕቀት ዝግለጽ ኮይኑ መሰረታዊ ክሪስታላዊ ኣቃውማ ናይቶም ንዋት ኣይዘርግን። ስለዚ ብዓይኒ ምምላስ ምምላስ ምላሽ ኣብ ውሽጢ ሊትየም-ኣዮን ባትሪ ዝረአ ኬሚካላዊ ለውጢ ከም ኣዝዩ ምቹእ ምምላስ መስርሕ ይቑፀር። ሊትየም-ኣዮን ባትሪ ኣርባዕተ መሰረታዊ ባእታታት ዝሓቖፈ ኮይኑ፡ ኤሌክትሮድስ፡ ኤሌክትሮላይት፡ መፍለዪን ሽፋንን እዮም። እቶም ኤሌክትሮድስ ቀንዲ ኣካል ናይ ሊትየም-ኣዮን ባትሪ ኮይኖም፡ ንጡፋት ንብረታት፡ መተሓላለፍቲ መሳርሒታት፡ መጠርነፊታትን ኣከብቲ ዋሕዚ ኤሌክትሪክን ዝሓቖፉ እዮም። ንጡፋት ንብረታት (ወይ ኤሌክትሮድ ንብረት) ኣብ ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት ዝርከቡ ኤሌክትሮድ ንብረታት ኮይኖም ኣብ እዋን ቻርጅን ምፍሳስን ብኤሌክትሮኬሚካላዊ ምላሽ ኣቢሎም ጸዓት ኤሌክትሪክ ዝለቅቑ እዮም። ንሳቶም ድማ ናይ ኤሌክትሮኬሚካላዊ ብቕዓትን መሰረታዊ ባህርያትን ናይ ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት ይውስኑ። ንጡፋት ንብረታት ኣወንታዊ ኤሌክትሮድ ንብረታትን ኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ንብረታትን ይርከብዎም። ኣወንታዊ ኤሌክትሮድ ማተርያላት ብቐንዱ ብተዛማዲ ልዑል ዓቕሚ ዘለዎም (ብተዛማዲ ምስ ሊትየም ሜታል ኤሌክትሮድስ) ዝተዋሃሃዱ ውህደታት ብረት ኮይኖም፡ ከም LiCoO2, LiMnO4, LiNi1-x-Co:MnyO2, LiCo:Ni-O2, ከምኡ’ውን LiFePO2 ዝኣመሰሉ እዮም።

ኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ንብረት ካርቦን ንብረት፣ ኣሎይ ንብረትን ሜታል ኦክሳይድ ንብረትን የጠቓልል። ኣብዚ ሕዚ እዋን ኣብ ተንቀሳቐስቲ መሳርሒታት ብሰፊሑ ዝጥቀሙሉ ቀንዲ ኣወንታዊን ኣሉታውን ኤሌክትሮድ ንዋት ንሊትየም-ኣዮን ባትሪታት ብቕደም ተኸተል LiCoO2ን ግራፋይትን እዮም። ብተወሳኺ፡ መብዛሕትኡ ግዜ ኣብ እዋን ምፍራይ ኤሌክትሮድ፡ ንመተሓላለፊ ናይቶም ኣወንታዊን ኣሉታውን ኤሌክትሮድ ንብረታት ንምምሕያሽ፡ ንመተሓላለፊ መሳርሒታት (ከም ኣሲቲሊን ጸሊም) ይውሰኹ፡ እዚ ድማ ነቲ ግብራዊ ድሌታት ኣተገባብራ ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት ብዝበለጸ ንምምላእ እዩ። እቶም ግራኑላር ኣወንታዊን ኣሉታውን ኤሌክትሮድ ንብረታትን መተሓላለፍቲ መሳርሒታትን ኣብቲ ናይ ዋሕዚ መእከቢ ብጽኑዕ ከም ዝጣበቑ ንምርግጋጽ፡ ብተለምዶ መጠርነፊ ይውሰኽ። ልሙዳት መጠርነፊታት ኣብ ዘይቲ-መሰረት ዝገበረን ኣብ ማይ-መሰረት ዝገበረን ይምደቡ። ኣብ ዘይቲ-መሰረት ዝገበሩ መጠርነፍቲ ብቐንዱ ፖሊቪኒሊዲን ፍሎራይድ (PVDF)ን ፖሊቴትራፍሎሮኢቲሊንን (PTFE) ዘጠቓልሉ ክኾኑ እንከለዉ፡ ኣብ ማይ-መሰረት ዝገበሩ መጠርነፍቲ ድማ ብቐንዱ ካርቦክሲሜቲል ሴሉሎስ/ስታይሪን-ቡታዲን ጎማ (CMC/SBR) እዮም። ቀንዲ ስራሕ ናይቲ ኣካቢ ዋሕዚ ኤሌክትሮናት ካብቲ ንጡፍ ንብረት ኤሌክትሮናት ምምራሕን ነቲ ዋሕዚ ብማዕረ ምክፍፋልን ኮይኑ፡ ነቲ ንጡፍ ንብረት እውን ምድጋፍ እዩ። ብሓፈሻ ኣከብቲ ዋሕዚ ኤሌክትሪክ ልዑል መካኒካዊ ሓይሊ፣ ፅቡቕ ኬሚካላዊ ምርግጋእን ልዑል መተሓላለፊን ክህልዎም ይግደድ። እቲ ንኣወንታዊ ኤሌክትሮድ ዝኸውን ዋሕዚ ኤሌክትሮድ ኣከባቢ ኣሉሚንየም ፎይል ክኸውን ከሎ፡ ንኣሉታዊ ኤሌክትሮድ ዝኸውን ዋሕዚ ኤሌክትሮድ ድማ ነሓስ ፎይል እዩ።

ተራ ናይቲ ኤሌክትሮላይት ኣብ መንጎ ኣወንታዊን ኣሉታውን ኤሌክትሮድስ ሊትየም ኣዮናት ምምራሕ እዩ። ምርጫ ኤሌክትሮላይት ብዓቢኡ ንመትከል ስራሕ ባትሪ ዝውስን ኮይኑ ንፍሉይ ጸዓት፣ ኣፈጻጽማ ድሕንነቱ፣ ኣፈጻጽማ ዑደት፣ ኣፈጻጽማ ደረጃ፣ ኣፈጻጽማ ትሑት-ሙቐቱን ኣፈጻጽማ መኽዘንን ይጸልዎ። ኣብዚ ሕዚ እዋን ኣብ ዕዳጋ ዝርከቡ ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት ብቐንዱ ዘይ-ማይ ኤሌክትሮላይት ስርዓታት ዝጥቀሙ ኮይኖም እዚኦም ድማ ኦርጋኒክ መፍትሒታትን መተሓላለፍቲ ሊትየም ጨውታትን ዘጠቓልሉ እዮም። እቲ ኦርጋኒክ መፍትሒ ቀንዲ ኣካል ናይቲ ኤሌክትሮላይት ኮይኑ ምስ ኣፈፃፅምኡ ብቐረባ ዝተኣሳሰር እዩ፤ ብተለምዶ ከም ኤቲሊን ካርቦኔት፣ ፕሮፒሊን ካርቦኔት፣ ዳይሜቲል ካርቦኔትን ሜቲል ኤቲል ካርቦኔትን ዝኣመሰሉ ኦርጋኒክ መፍትሒታት ዝተሓዋወሰ እዩ። እቲ መተሓላለፊ ጨው ሊትየም ኣብ መንጎ ኣወንታዊን ኣሉታውን ኤሌክትሮድ ዝጓዓዙ ኣዮናት ሊትየም ዝህብ ኮይኑ ብኢኦርጋኒክ ወይ ኦርጋኒክ ኣንዮናትን ሊትየም ኣዮናትን ዝቖመ እዩ። ኣብዚ ሕዚ እዋን እቲ ቀንዲ ብንግዲ ዝረአ መተሓላለፊ ሊትየም ጨው LiPF6 እዩ። ኣብዚ ሓድሽ ዘመን፡ ንኤሌክትሮኬሚካላዊ ብቕዓት ናይ ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት ንምምሕያሽን ዝተወሰኑ ፍሉያት ተግባራት ንምዕዋትን፡ ከም ሃልሃልታ ዝዓግቱ ተግባራዊ ተወሰኽቲ መብዛሕትኡ ግዜ ኣብቲ ኤሌክትሮላይት ይውሰኹ።

ኣብ ዲዛይን ባትሪ ሊትየም-ኣዮን፡ እቲ መፍለዪ ኣብ መንጎ ኣወንታዊን ኣሉታውን ኤሌክትሮድስ ይርከብ፡ ቀንዲ ስርሑ ድማ ኣብ መንጎ ክልቲኦም ኤሌክትሮድታት ቀጥታዊ ርክብ ምክልኻል ኮይኑ፡ በዚ ድማ ሓጺር ሰርኪዩት ምውጋድ እዩ። ጎኒ ጎኒ እዚ ፍሉይ ማይክሮፖሮስ ኣቃውማ ናይዚ ንብረት ሊትየም ኣዮናት ብናጽነት ክሓልፉ የኽእሎም።እቲ መፍለዪ ኣብ ዓቕሚ መኽዘን ባትሪ፣ ዕድመ ዑደትን ሓፈሻዊ ድሕነትን ወሳኒ ተራ ይጻወት፤ ስለዚ ልዑል-ጽሬት ዘለዎ መፍለዪ ምጥቃም ንሓፈሻዊ ኤሌክትሮኬሚካላዊ ብቕዓት ናይቲ ባትሪ ብዓቢኡ ከማሓይሽ ይኽእል። ኣብዚ ሕዚ እዋን ኣብ ዕዳጋ ብሰፊሑ ዝጥቀሙሉ ዓይነታት መፍለዪ ካብ ፖሊኦለፊን ዝተሰርሑ ልዑል-ጥንካረ ዘለዎም ፊልምታት ኮይኖም ካብ ፖሊፕሮፒሊንን ፖሊኢቲሊንን ዝተሰርሑ ስሉላት ፍርያት ከምኡ እውን ብኮፖሊመርይዜሽን ፕሮፒሊንን ኤቲሊንን ወይ ፖሊኢቲሊን ሆሞፖሊመር ጥራሕ ብምጥቃም ዝተሰርሑ ፍርያት እዮም። ኣብ ሊትየም-ኣዮን ባትሪታት ዘይ-ማይ መፍትሒታት ምጥቃም ናብ ትሑት ናይ ሊትየም-ኣዮን መተሓላለፊ ይመርሕ፣ በዚ ድማ ዓቢ ናይ ኤሌክትሮድ ስፍሓት የድሊ። ካብዚ ብተወሳኺ ኣብ እዋን ምትእኽኻብ ባትሪ ስፓይራል-ቁስሊ መዋቕር ምጥቃም ማለት ብቕዓት ባትሪ ኣብ ባዕሎም ኤሌክትሮድስ ጥራይ ዘይኮነስ ኣብ ምፍራይ ባትሪ ኣብ ዝጥቀሙሉ መጠርነፊታት እውን ይምርኮስ ማለት እዩ። እዞም መጠርነፍቲ ኣብ እዋን ምፍራይ ኤሌክትሮድ ውሁድን ድሕነትን ናይቶም ንጡፋት ንብረታት ከረጋግጹ፣ ነቶም ንጡፋት ንብረታት ምስቲ ናይ ዋሕዚ ኣካቢ ብኣድማዒ መንገዲ ክተኣሳሰሩ፣ ኣብ ልዕሊ እቲ ግራፋይት ኣኖድ መከላኸሊ SEI (ሶሊድ-ክሌክትሮላይት ኢንተርፌዝ) ፊልም ንምፍጣር ከቃልሉ፣ ኣብ እዋን ምንቃጽ እኹል ሙቐታዊ ምርግጋእ ክሕልዉን ብኤሌክትሮላይት ብኣድማዒ መንገዲ ክረግፉን ኣለዎም።

እቲ ደጋዊ ሽፋን ናይ ሊትየም-ኣዮን ባትሪ መትሓዚ እዩ። ልሙድ ዝኾኑ መሸፈኒታት ብሓጺን ዝተሰርሐ ሽፋን፣ ኣሉሚንየም ሽፋንን ኣሉሚንየም-ፕላስቲክ ዝተዋሃሃደ ሽፋንን ይርከብዎም። ከም ልሙድ እቲ ሽፋን ኣብ ልዑልን ትሑትን ሙቐት ዝመጽእ ለውጢን ካብቲ ኤሌክትሮላይት ዝመጽእ ምሕራርን ክጻወር የድሊ።

​