Jaudas un enerģijas uzglabāšanas akumulatoru komplekti tiek montēti, sērijveidā un paralēli savienojot elementus, taču elementi nav tiešā saskarē viens ar otru. Litija -jonu elementu tilpums lādēšanas un izlādes laikā palielinās, tāpēc starp šūnām ir jāsakārto bufermateriāli, lai absorbētu mehānisko spriegumu. Pašlaik putu materiāli tiek plaši izmantoti, lai apmierinātu gan dinamiskās buferizācijas, gan statiskās atbalsta prasības.
01 Litija{1}}jonu akumulatoru moduļu pietūkuma parādība
Litija{0}}jonu akumulatori ir spilgti nosaukti par "šūpuļkrēslu akumulatoriem": potenciālu starpības dēļ litija joni pārvietojas starp katodiem un anodiem, lai uzglabātu un atbrīvotu elektrisko enerģiju.
Tomēr Li⁺ interkalācija un deinterkalācija katoda un anoda aktīvajos materiālos un no tiem izraisa aktīvo vielu apjoma palielināšanos. Šādu pietūkumu var iedalīt divās kategorijās: atgriezenisks pietūkums un neatgriezenisks pietūkums. Neatgriezenisks pietūkums nepārtraukti uzkrājas, palielinoties uzlādes{2}}izlādes cikliem.
Šūnu pietūkumam ir trīs galvenie cēloņi: elektroķīmiskais pietūkums, gāzes veidošanās pietūkums un temperatūras ietekme.
Epoksīda plāksnes parasti izmanto kā bufermateriālus starp svina-skābes akumulatoriem divriteņu-elektriskajiem transportlīdzekļiem. Tomēr epoksīda plāksnēm ir augsts trauslums un nulles noturība, kas nespēj absorbēt šūnu izplešanās spēku. Tāpēc tie nav piemēroti kā bufermateriāli litija-jonu akumulatoriem, neskatoties uz to īpaši zemajām izmaksām.
Silīcija-anoda litija-jonu akumulatori nodrošina ievērojami lielāku enerģijas blīvumu salīdzinājumā ar oglekļa-anoda ekvivalentiem, kas ir efektīva pieeja, lai vēl vairāk palielinātu akumulatora enerģijas blīvumu. Tomēr to pārmērīgais pietūkuma ātrums (biezums palielinās par 15%–30% pēc 100 cikliem) jau sen ir kavējis plaša mēroga komerciālu izmantošanu.
02 Galvenie bufermateriālu veidi
Šūnu uzpūšanās ir raksturīga īpašība visā bateriju kalpošanas laikā. Pietūkuma radītās negatīvās ietekmes mazināšana kļūst ļoti svarīga, lai pagarinātu akumulatora darbības laiku.
Nespēja adekvāti buferēt neatgriezenisku šūnu pietūkumu vēl vairāk paātrinās kapacitātes samazināšanos.
Četri pamatnoteikumi, kas regulē litija{0}}jonu šūnu pietūkumu:
Telpiskais sadalījums: izplešanās spēks centrālajā zonā ir lielāks nekā malās.
Jaudas korelācija: lielāka šūnu ietilpība atbilst lielākam uzbriešanas ātrumam (enerģijas uzglabāšanas šūnām parasti ir liela jauda).
Šūnu ķīmija: trīskāršās šūnas uzbriest daudz spēcīgāk nekā LFP šūnas. NCM811 šūnas sasniedz pietūkuma ātrumu 6–8%, savukārt LFP šūnas sasniedz tikai 3–5%. Kopumā šūnām ar lielāku enerģijas blīvumu ir augstāks pietūkuma ātrums.
Ciklu skaits: neatgriezenisks pietūkums uzkrājas, palielinoties uzlādes{0}}izlādes cikliem, tādējādi palielinot kopējo šūnu izplešanos.
Tāpēc bufermateriāli ir neaizstājami moduļu komponenti, kas pilda trīs galvenās funkcijas: spiediena sadali, pārvietošanas kompensāciju, siltumizolāciju un liesmas slāpētāju.
(1) Silikona putas
Pamatnes silikona sveķu blīvums ir 1,17 g/cm³; pēc putošanas blīvums samazinās līdz 0,16–0,20 g/cm³. Tas sasniedz UL94-V0 vertikālo liesmas slāpētāju un zemu kompresijas komplektu. Silikona putas ir ieteicamas lielas ietilpības enerģijas uzglabāšanas moduļiem ar spēcīgu izplešanās spēku.
(2) EVA putas
EVA putas ir plaši redzamas ikdienas produktos, piemēram, čību zolēs. Lietotāji var pamanīt tā acīmredzamo trūkumu: papēža daļa pēc ilgstošas-lietošanas tiek pastāvīgi saplacināta, norādot uz augstu EVA kompresijas komplektu. EVA putas ir zemas-izmaksas, un tās galvenokārt tiek izmantotas starp prizmatiskajiem šūnu moduļiem.
(3) CR putas
CR putas, pilnais nosaukums Chloroprene Rubber Foam, atbilst UL94 V-0 liesmas slāpētāja sertifikātam un RoHS vides standartiem. Īpašības: zems blīvums, viegls, zema cietība, augsta saspiežamība, lieliska siltumizolācija un liesmas slāpētājs, izcila noturība un ilgs kalpošanas laiks.
(4) PU putas
PU attiecas uz kopolimēriem, kas sastāv no neskaitāmām mikro-porām un poliuretāna sveķu karkasiem, tostarp poliurīnvielu un modificētu poliuretānu. PU nodrošina nedaudz zemāku kompresijas noturību, un to galvenokārt izmanto starp maisiņu šūnu moduļiem. Īpašības: poraina struktūra, zems blīvums, augsta īpatnējā izturība, pienācīga atsitiena un gaisa caurlaidība, zems histerēzes zudums, augsta kompresijas slodzes pakāpe, laba liesmas izturība un izcila izturība pret termisko novecošanos, mitruma novecošanos un dinamisku nogurumu.
(5) MPP putas
MPP ir porains putu polipropilēna (PP) materiāls, kas ražots, izmantojot tīru superkritisko oglekļa dioksīda tehnoloģiju, lai substrāta iekšpusē radītu daudzus mikronu{0}}lieluma burbuļus. MPP atbilst RoHS un REACH standartiem un tiek plaši izmantots jaunajā enerģētikas nozarē. Īpašības: viegls, augsta izturība, efektīva trieciena enerģijas absorbcija, lieliska liesmas slāpēšana un karstumizturība.
(6) Airgels
Iepriekš minētie materiāli ir elastīgi substrāti, kas galvenokārt paredzēti, lai absorbētu šūnu izplešanās spēku. Airgels ir vēl viens plaši izmantots starpšūnu materiāls, kas vērsts uz siltumizolāciju un liesmas slāpēšanu; tai ir arī pienācīga saspiežamība, lai nodrošinātu mērenu buferizācijas veiktspēju. Piemēram, pie 1P13S moduļa slodzes aptuveni 200 kgf 2,0 mm bieza aerogela loksne saspiežas līdz aptuveni 1,5 mm.
Aerogela siltumizolācijas loksnes ir kompozītmateriāli, kas izgatavoti no silīcija aerogela un keramikas šķiedras substrātiem. Tiem ir zems blīvums, augsta porainība, augsta temperatūras izturība un zema siltumvadītspēja, kas efektīvi bloķē siltuma izplatīšanos starp šūnām termiskās bēgšanas laikā.
