VAE-копериметрлерди колдонуп арзан байланыштуурлук чечимдери

Неге VAE-копериметрлер электрод өндүрүшүндө жогорку деңгээлдеги чыгымдык эффективдүүлүктү камсыз кылат

PVDF жана CMC/SBR системаларына салыштырғанда сырьё чыгымдарынын экономиясы

PVDF же CMC/SBR аралашмалары сыяктуу борбордук байланыштарды VAE кополимерлерине алмаштыруу электроддун ар бир бетине керектелген полимердин азаяшы аркылуу материалдардын баасын 15 пайыздан, мүмкүн болгондойго 20 пайызга чейин төмөндөтөт. Бул жерде негизги айырмачылык PVDF-дин кымбат жана коркунучтуу N-метил-2-пирролидон (NMP) эритиндисин талап кылышында. VAE сууга негизделгендиктен, компаниялар токсик эритиндилерди сатып алуу, сактоо жана иштетүү боюнча чыгымдардын төмөндөшүнө жетишет. Башка артыкчылык — фтордуун чектелген запасы жана фторлоштурулган химиялык заттарга карата катуураак эрежелер себебинен PVDF баасынын чоң талааланышына каршы коргоо. Ponemon институтунун 2023-жылдагы изилдөөлөрүнө ылайык, беш гигаватт-сааттык өндүрүш сызыгын иштетүүчү зааводдор VAE кополимерлерине өткөндөн кийин материалдар жана жеткирүү боюнча жылына жакында жети жүз кырк миң доллар экономиялап турат.

Сууга негизделген өндүрүштүн төмөн энергиялык чыгымы жана кургатуу температурасынын төмөндөшү

VAE ичинде колдонулган суулуу иштетүү ыкмасы традициондук эритечке негизделген системаларга салыштырғанда жылуулук энергиясынын керектөөсүн жакында 40% га азайтат. Кургатуу процесси 80–90 градус Цельсий температурасында өтөт, бул PVDF колдонулган учурда NMP уулануу үчүн талап кылынган температурадан чындыгында 50–60 градуска төмөн. Бул температура айырмачылыгы кургатуу этапында электр жана газдын чыгымына наадан таасир этет. NMP кайтаруу жабдууларына муктаж болбогоо да энергиянын үнөмдүүлүгүнө жардам берет, анткени ошол эритечти дистилляциялоо үчүн көпчүлүк учурда куб метрде 25–30 киловатт-саат чыгымын талап кылган башка курулмалар керек эмес. Бүтүн өмүрлүк цикл боюнча жүргүзүлгөн изилдөөлөр бул баардык үнөмдүүлүктүн жыйынтыгында аккумулятордуң ар бир киловатт-саатын өндүрүү үчүн талап кылынган энергияны жакында 18% га азайтканын көрсөтөт. Мунун мыкты жагы — электроддун тыгыздыгы же материалдардын бири-бири менен жакшы бириккендиги сыяктуу сапат көрсөткүчтөрүнө таасир этпейт.

VAE Биндердин иштешүүсү: Электрохимиялык туруктуулук жана циклдик өмүрдү тең сактоо

NMC622/Li жарым чаналарында жогорку сыйымдуулуктун сакталышы (>200 циклден кийин 92%дан ашык)

VAE кополимерлери NMC622/Li жарым чаначтарында 200 заряд-разряд циклынан кийин да 92%дан ашык сыйымдыны сактап калганда таң калдырарлык натыйжалар көрсөтүшөт. Бул, чынында, башкача айтканда, умумий байланыштыруучу материалдар менен салыштырганда 8–12 проценттук натыйжа өсүшүнү көрсөтөт. Бул натыйжанын жогорулашынын себеби — бул полимерлердин активдүү материалдын бөлүктөрүнө дээрлик бирдей таралып, бирок эластик жана тыгыз бекитилүүсү болуп саналат. Бул активдүү бөлүктөрдүн литийдин киргизилүүсү жана чыгарылышы циклында изоляцияланып калышына жол бербейт. VAE-нын эластик мүнөзү анын негизги айырмасы: ал никель-марганец-кобальт оксиддун катоддорундагы күрөштүү көлөмдүү 7% кеңейүү жана жыйрылууну төзөт, бирок бөлүктөрдүн ортосундагы электр байланышын бузбайт. Третьяк тараптар тарабынан жүргүзүлгөн сыноолор бул расмийлөөлөрдү жакшыртат жана энергия тыгыздыгы 0,5C тездигиндә 720 Вт·саат/л ден жогору болгондугун көрсөтөт. Ал эми стандарт PVDF менен бекитилген NMC622 электроддорундагы натыйжалар ошол эле сыноо шарттарында 150 цикл ичинде 15–20% төмөндөйт.

ЭИС аркылуу туруктуу SEI пайда болушу жана төмөн аралык каршылыктын өсүшү расмийленип, тастыкталган

Электрохимиялык импеданстык спектроскопия натыйжаларын карап чыгып, VAE-байланган электроддорго таандык кызыгынчылык тудурган нерсе аныкталат. Бул материалдар чыныгы тургузулган электролиттеги аралык катмарларды пайда кылат, андагы чек аралыгынын каршылыгы 100 циклден кийин 5 Ом·см² чамасына гана өсөт. Бул PVDF системаларында байкалган натыйжага караганда чыныгында 40% жакшы. Бул эмне үчүн болот? Көрүнөт, VAE ичиндеги гидроксил топтору мындайда чоң рол ойнойт. Алар литий иондорунун бирдей таралышын жана электролитте локалдуу бузулуштардын пайда болушун токтотот, алар дендриттердин пайда болушуна алып келет. Дагы бир артыкчылык VAE нин төмөн окисдениш потенциалынан келип чыгат, ал литийге салыштырмалуу 3,8 вольттан төмөн жайгашат. Бул өзгөчөлүк тоскоолдук реакцияларды азайтат, ошондуктан заряддын өтүшүнүн каршылыгы 300 циклден кийин да 25 Ом·см² дан төмөн калат. Илимпоздор сканирлөөчү электрондук микроскопия аркылуу кесилген үлгүлөрдү изилдегенде, алар SEI катмарларынын жука жана бирдей болгонун баамдайт. Жана башкасы? Бул физикалык баамдар сыноолордо көрүлгөн жогорку сыйымдуулуктун сакталышын көрсөткөн сандар менен жакшы түшүшөт.

VAE-байланыштыргычтар менен бекитилген электроддордун механикалык туруктуулугу жана өндүрүштүн иштешпейттиги

Эсептегенде ийлөөгө чыдамдуулугу (>5000 ийлөө цикли) гибриддик аккумуляторлордун конструкциясын мүмкүн кылат

VAE байланыштыргычтары бул материалдарга таң калдырарлык төзүмдүүлүк берет. Сынамалар көрсөткөндөй, электроддор өздөрүнүн өткөрүмдүүлүгүн жоготпой жана чачырап кетпөй мыңдаған жолу ийлип турат — чыныгысында, 5000ден ашык ийлөө цикли. Бул аларды ар түрлүү колдонулуштарда колдонулуучу гибриддик аккумуляторлор үчүн чоң пайдалуу кылат. Мисалы, кийимге салынган технологиялар, жаңы ийлөөчү экрандар, ошондой эле катталган телефондор тургузулат, анда PVDF байланыштыргычтары менен бекитилген электроддор адатта бир нече жүз ийлөөдөн кийин трещиналарга учурайт же байланышын жоготот. VAE нын айырмасы — бул баардык күчтүү таасирлерге каршы төзүмдүүлүгү. Материал башкача айтканда, бир топ узак убакыт ийлөөгө чыдайт, ошондой эле электр байланышы күн сайын пайдалануу шарттарында да сакталат.

NMP ны кайра иштетүү үчүн керектелген инфраструктураны жоюу CAPEX ти ~35% төмөндөт

VAE тарабынан колдонулган суу негиздүү ыкма компаниялардын электрод өндүрүшүнүн ишканаларын курууга жумшаган чыгымдарынын 35% чамасын түзүүчү NMP ийлүү системаларын колдонуудан арылууга мүмкүндүк берет. Бул жерде сакталган акча гана эмес, бардык түрдүү операциялык кыйынчылыктарды да жоюу жөнүндө сөз болуп жатат. Эми эрежелерге ылайык эриткичтердин чыгарылышын контролдого алуу менен кабыл алып, көп чыгымдуу эксплозияга каршы конструкцияларды колдонуу жана күрөштүү вакуумдуу дистилляциялык бирдиктерди көрүп-башында туруу кереги жок. Төмөн температурада кургатуу мүмкүн болгондуктан, өндүрүш сызыктары не гана компакттуураак, бирок иштетүүгө да көпчүлүк иштетүүгө коопсуздугу жогору болот. Бул сызыктар тез ишке киргизилет, ошондуктан компаниялар өз иштерин тез масштабдоого мүмкүндүк алат, бирок иштетүүгө жакшы суспензиялык туруктуулук жана жогорку сапаттагы сырьёлордун теңдештиги сакталат.

Масштабдалуучу ишке ашыруу: VAE молекулярдык массанын чыгымына байланыштуу парадоксту чечүү

VAE кополимеринин өндүрүшүн иштеп чыгарууда туура молекулалык массанын таралышын тандоо өтө маанилүү. Жогорку молекулалык массалар адгезиялык касиеттерди чыныгы арттырат, бирок аларга баасы да төлөнөт. Эритмэлердин вязкостусу ашып кеткенде, бул суспензиянын бирдиктүүлүгүнө, жабык катмардын бирдиктүүлүгүнө таасир этет жана акыркысында электроддун чыгымына таасир этет. Бул жерде синтез учурунда так башкаруу талап кылынган чыныгы балансташтыруу маселеси бар. Эгер молекулалык массалар көп төмөн түшсө, материал механикалык жактан жетиштүүлүк менен байланышпай калат. Башка тараптан, ошол жогорку вязкостулар жонокой пленкалардын колдонулушу үчүн ар кандай кыйынчылыктарды тудурат жана натыйжада пленкада кичине тескектер же бүтүрмөлөр сыяктуу кемчиликтер пайда болот. Сектордун лидери бул маселени чечүү үчүн полимеризация процесстеринин ар кандай жагын так башкарат. Алар мономерлерди системага киргизүүнүн темпин жана инициаторлордун концентрациясын өзгөртүшөт. Бул өзгөртүүлөр молекулалык массалардын тар жана балансталган диапазонун түзүүгө жардам берет. Натыйжа? Өндүрүштүн бардык циклдарында вязкостуда 10%дан аз өзгөрүш. Бул электроддордун калыңдыгын 1,5 микрометр чегиндэ эсептегенде бирдиктүүлүгүн сактоого жардам берет, ошондой эле акыркы продуктта кемчиликтердин саны азаят. Жана бул жерде чыныгыларды айтып кетебиз: таза пленкалар клеткалык жыйналышында жогорку чыгымды жана бүтүн процесс стабилдүүлүгүн түз көрсөтөт.

ККБ

Неге VAE кополимерлери PVDFге караганда арзаныраак?

VAE кополимерлери арзаныраак, анткени алар электроддун ар бир пластинасы үчүн азыраак полимерди талап кылат жана суу негиздүү болгондуктан, кымбат жана коркунучтуу N-Метил-2-пирролидон эритиндисин колдонуу зарыл эмес.

VAE кополимерлери электродду өндүрүүдөгү энергиянын чыгымына кандай таасир этет?

VAE кополимерлери иштетүү температурасынын төмөн болушу жана NMPни кайта иштетүү үчүн керектелген жабдуулардын колдонулбашы аркылуу традициялык эритиндиге негизделген системаларга караганда энергиянын чыгымын 40% га азайтат.

VAE кополимерлеринин сыйымдуулугунун сакталышы кандай?

VAE кополимерлери NMC622/Li жарым клеткаларында 200 заряддоо-разряддоо циклынан кийин 92% ден ашык сыйымдуулук сакталышын көрсөтөт, бул традициялык байланыштыруучу материалдардан жакшы натыйжа.

VAE катуу электролит аралык катмарларындагы туруктуулукту кантип жакшыртат?

VAE гидроксил топтомдору жана төмөн оксидденүү потенциалы аркылуу интерфейстик каршылыктын өсүшүнүн төмөн болгон туруктуу SEI катмарларын түзүү аркылуу туруктуулукту жакшыртат.