Maitinimo ir energijos kaupimo baterijos surenkamos nuosekliai ir lygiagrečiai sujungiant elementus, tačiau elementai nėra tiesioginio kontakto vienas su kitu. Įkraunant ir iškraunant ličio -jonų elementų tūris didėja, todėl tarp elementų turi būti išdėstytos buferinės medžiagos, kad sugertų mechaninį įtempį. Šiuo metu putplasčio medžiagos yra plačiai naudojamos, kad atitiktų tiek dinaminio buferio, tiek statinio atraminio reikalavimus.
01 Ličio -jonų baterijų modulių brinkimo reiškinys
Ličio{0}}jonų baterijos yra ryškiai pavadintos „supamųjų kėdžių baterijomis“: dėl potencialų skirtumo ličio jonai juda pirmyn ir atgal tarp katodų ir anodų, kad kauptų ir išleistų elektros energiją.
Nepaisant to, Li⁺ įsiterpimas ir deinterkalavimas į katodo ir anodo aktyviąsias medžiagas ir iš jų sukelia aktyviųjų medžiagų tūrio padidėjimą. Toks patinimas skirstomas į dvi kategorijas: grįžtamasis patinimas ir negrįžtamas patinimas. Negrįžtamas patinimas nuolat kaupiasi, didėjant įkrovimo{2}}ciklams.
Yra trys pagrindinės ląstelių patinimo priežastys: elektrocheminis patinimas, dujų susidarymo patinimas ir temperatūros poveikis.
Epoksidinės plokštės dažniausiai naudojamos kaip buferinės medžiagos tarp švino-rūgštinių baterijų, skirtų dviratėms-elektrinėms transporto priemonėms. Tačiau epoksidinės plokštės pasižymi dideliu trapumu ir nuliniu atsparumu, todėl nesugeria ląstelių plėtimosi jėgos. Todėl jie netinka kaip buferinės medžiagos ličio-jonų akumuliatoriams, nepaisant jų itin mažos kainos.
Silicio-anodo ličio-jonų baterijos tiekia žymiai didesnį energijos tankį, palyginti su anglies -anodo analogais, o tai yra veiksmingas būdas dar labiau padidinti akumuliatoriaus energijos tankį. Tačiau per didelis jų brinkimo greitis (storis padidėja 15–30 % po 100 ciklų) jau seniai trukdė plataus masto komerciniam naudojimui.
02 Pagrindinės buferinių medžiagų rūšys
Ląstelių išsipūtimas yra būdinga per visą baterijų tarnavimo laiką. Sušvelninti neigiamą poveikį, kurį sukelia patinimas, tampa labai svarbu prailginant akumuliatoriaus veikimo laiką.
Nepavykus tinkamai buferizuoti negrįžtamo ląstelių patinimo, dar labiau paspartės pajėgumų blogėjimas.
Keturios pagrindinės taisyklės, reglamentuojančios ličio{0}}jonų ląstelių patinimą:
Erdvinis pasiskirstymas: plėtimosi jėga centrinėje zonoje yra didesnė nei kraštuose.
Talpos koreliacija: Didesnė elementų talpa atitinka didesnį brinkimo greitį (energijos kaupimo elementai paprastai pasižymi didele talpa).
Ląstelių chemija: Trinarės ląstelės išsipučia stipriau nei LFP ląstelės. NCM811 ląstelės pasiekia 6–8%, o LFP ląstelės pasiekia tik 3–5%. Apskritai, ląstelės, turinčios didesnį energijos tankį, pasižymi didesniu patinimu.
Ciklo skaičius: negrįžtamas patinimas kaupiasi didėjant įkrovimo{0}}iškrovimo ciklams, todėl bendras ląstelių išsiplėtimas didėja.
Todėl buferinės medžiagos yra nepakeičiamos modulių sudedamosios dalys, atliekančios tris pagrindines funkcijas: slėgio paskirstymą, poslinkio kompensavimą, šilumos izoliaciją ir antipireną.
(1) Silikono putos
Pagrindinės silikoninės dervos tankis yra 1,17 g/cm³; po putojimo tankis sumažėja iki 0,16–0,20 g/cm³. Jis pasiekia UL94-V0 vertikalaus liepsnos slopinimo ir žemo suspaudimo rinkinį. Silikono putos rekomenduojamos didelės talpos energijos kaupimo moduliams, turintiems didelę plėtimosi jėgą.
(2) EVA putos
EVA putos plačiai matomos kasdieniuose gaminiuose, tokiuose kaip šlepečių padai. Naudotojai gali pastebėti akivaizdų jo trūkumą: po ilgo-naudojimo kulno dalis nuolat išsilygina, o tai rodo didelį EVA suspaudimą. EVA putos yra mažos-kainos ir dažniausiai naudojamos tarp prizminių elementų modulių.
(3) CR putos
CR putos, visas pavadinimas Chloroprene Rubber Foam, atitinka UL94 V-0 antipireno sertifikatą ir RoHS aplinkosaugos standartus. Savybės: mažas tankis, lengvas, mažas kietumas, didelis suspaudimas, puiki šilumos izoliacija ir antipirenas, puikus atsparumas ir ilgas tarnavimo laikas.
(4) PU putos
PU reiškia kopolimerus, sudarytus iš daugybės mikro-porų ir poliuretano dervos karkasų, įskaitant polikarbamidą ir modifikuotą poliuretaną. PU užtikrina šiek tiek prastesnį atsparumą gniuždymui ir dažniausiai naudojamas tarp maišelių elementų modulių. Savybės: porėta struktūra, mažas tankis, didelis specifinis stiprumas, tinkamas atšokimas ir oro pralaidumas, mažas histerezės nuostolis, didelis suspaudimo apkrovos koeficientas, geras atsparumas liepsnai ir išskirtinis atsparumas terminiam senėjimui, drėgmės senėjimui ir dinaminiam nuovargiui.
(5) MPP putos
MPP yra porėta putų polipropileno (PP) medžiaga, pagaminta naudojant švarią superkritinio anglies dioksido technologiją, kad substrato viduje susidarytų daug mikrono{0}} dydžio burbuliukų. MPP atitinka RoHS ir REACH standartus ir yra plačiai taikomas naujoje energetikos pramonėje. Savybės: lengvas, didelio stiprumo, efektyvus smūgio energijos sugėrimas, puikus antipirenas ir atsparumas karščiui.
(6) Aerogelis
Minėtos medžiagos yra elastingi substratai, pirmiausia skirti sugerti ląstelių plėtimosi jėgą. Airgel yra dar viena plačiai naudojama tarpląstelinė medžiaga, skirta šilumos izoliacijai ir antipirenui; jis taip pat turi tinkamą suspaudžiamumą, kad būtų užtikrintas vidutinis buferio veikimas. Pavyzdžiui, esant maždaug 200 kgf apkrovai ant 1P13S modulio, 2,0 mm storio aerogelio lakštas susispaudžia iki maždaug 1,5 mm.
Aerogeliniai termoizoliaciniai lakštai yra kompozicinės medžiagos, pagamintos iš silicio aerogelio ir keraminio pluošto substratų. Jie pasižymi mažu tankiu, dideliu poringumu, atsparumu aukštai temperatūrai ir mažu šilumos laidumu, o tai efektyviai blokuoja šilumos sklidimą tarp ląstelių terminio bėgimo metu.
