×

منوی بالا

منوی اصلی

دسترسی سریع

اخبار سایت

اخبار ویژه

امروز : چهارشنبه, ۹ آذر , ۱۴۰۱  .::.  اخبار منتشر شده : 1 خبر

خواندن این مطلب ۴ دقیقه زمان میبرد

Print Friendly, PDF & Email

 

 

چکیده

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) : چالش­‌ها و الزامات تولیدات گسترده باتری­‌های لیتیوم – یون حالت جامد و باتری‌­های لیتیوم _ فلزی در این جا از طریق کارگاه‌­های آموزشی با حضور کارشناسان موسسات تحقیقاتی معتبر، تامین کنندگان مواد و سازندگان ماشین آلات ارزیابی می‌­گردد. با هدف پرکردن شکاف بین تحقیقات مواد و تولید انبوه صنعتی، راه حل‌­های ممکن برای زنجیره‌­های تولید باتری‌­های حالت جامد بر پایه سولفید و اکسید از ساخت الکترود گرفته تا مونتاژ سل و کنترل کیفیت ارائه شده است. بر اساس این یافته‌­ها یک مقایسه مفصل از فرایند­های تولید باتری حالت جامد بر پایه سولفید با لیتیوم – یون داده شده است. این مقایسه نشان می­‌دهد که می‌­توان با تلاش، فرآیند­های ساخت کامپوزیت الکترود (تولید سه جزء به صورت جامد) را سازگار نمود. در حالیکه ساخت لایه جداکننده الکترولیت جامد و ادغام یک آند فلزی لیتیوم به فرآیند­های کاملا جدیدی نیاز دارد. این کار گام­‌های اصلی به سمت تولید انبوه باتری‌­های حالت جامد را مشخص نمود و بینشی نسبت به فناوری‌­های امیدوار کننده و کمک کننده به ذینفعان از جمله مهندسی ماشین آلات، تولیدکنندگان سل­‌های لیتیوم – یون (در حالت جامد- مایع) و سازندگان تجهیزات اصلی برای طراحی گام­‌های بعدی به سمت باتری‌­های ایمن‌­تر با ظرفیت بیشتر ذخیره سازی ارائه می­‌دهد.

نتیجه گیری

در این مقاله چالش‌­ها و الزامات ASSB[1] از دیدگاه مهندسی تولید مورد بررسی قرار گرفت تا راه حل‌­های ممکن برای تولید انبوه ASSB روشن شود. سناریو‌­های فناوری تولید ارائه شده، بینشی در زمینه تغییرات در فرآیند تولید باتری­های معمولی برای ساخت ASSB­ها ارائه می­‌دهد.

نتیجه گیری برای ذینفعان

درحالیکه انبوه چالش­‌ها مثل کاهش هدایت یونی در باتری‌­های حالت جامد هنوز برطرف نشده است، تحقیقات آینده باید به شدت روی هزینه تولید و مواد برای فعال سازی سریع و پیاده سازی بازار موفق به محض رفع چالش‌­ها، اجرا شود. لیست پیشنهادات زیر را می­‌توان از نتایج ارائه شده استخراج کرد:

  1. توسعه مواد و صنعتی کردن مواد مورد استفاده در باتری­‌های حالت جامد، مستلزم تحقیق بر روی مواد ارزان‌­تر و سنتز آن­هاست. علاوه بر این تلاش­‌هایی برای کاهش دمای فرآیند و واکنش‌­پذیری مواد مورد نیاز است. اگرچه نتیجه‌­گیری نهایی از هزینه‌­های فرآیند تولید ASSB­ها باید بیشتر ارزیابی شود، با این حال انتظار می­‌رود فضای فرآیند تولید (خط تولید) بدون آلودگی برای سولفید­ها و دمای پخت بالا برای اکسید­ها یکی از بزرگترین محرک­‌های هزینه در کنار قیمت مواد خام باشد. از طرف دیگر صرفه جویی در هزینه‌­ها زمانی نیاز است که به پرکردن سل لیتیوم – یون از مایع و احتمالاً به هیچ فرآیند شکل‌­گیری نیاز نباشد. این مقاله می­‌تواند مبنایی برای ارزیابی بیشتر هزینه­‌های ساخت ASSB باشد.
  2. برخلاف الکترولیت‌­های ژل و احتمالاً الکترولیت‌­های جامد هیبریدی، ساخت ASSB­های سولفیدی و اکسیدی با مدرن­ترین تکنولوژی خطوط تولید برای تولید صنعتی LIB[2] حالت جامد، به دلیل الزامات زیست محیطی و یا پرفشار و نیاز به دمای بالا، بعید به نظر می­‌رسد. با این وجود فناوری‌­های پیشرفته که قبلا در ساخت LIB­­های فعلی استفاده شده‌­اند می­‌توانند در تولید ASSB­ها به‌­عنوان مثال در فرآیند تولید بر پایه سولفید مطابقت پیدا کنند. این ادغام فرآیند چند گانه (مدولار) فناوری‌­های جدیدی را در خطوط تولید LIB­های موجود، فراهم می­‌نماید و همچنین می­‌تواند برای بخش‌­های مرتبط مثل پیل سوختی، صنعت خازن و نیمه رساناها و تامین کنندگان مربوطه مورد توجه باشد. به‌­عنوان مثال در اینجا دانش فنی را می‌­توان هم از طریق بررسی فرآیند تولید لایه‌­های نازک سرامیکی و هم تولید در محیط­‌های کپسوله شده منتقل نمود. همچنین اجرای فناوری‌­های جدید مانند کاربرد لایه‌­های نازک به صورت تک لایه‌­ای در چیدمان الکترود­ها نیز فرصت­‌هایی را برای مهندسی در طراحی باتری و ماشین آلات فراهم می­‌نماید.

این منظر از اظهارات از دانش تخصصی بدست آمده از فرایندهای آزمایشگاهی استنباط شده است. از این رو به دلیل عدم وجود دانش و اعتبار علمی، امکان سنجی فنی و حقیقی اکثر مفاهیم هنوز نیاز به اثبات دارد. به عنوان مثال مواردی چون فرآیند تولید تکرار پذیر و مقرون به صرفه الکترولیت جامد نازک مقیاس صنعتی و لایه‌­های لیتیوم – فلز و همچنین فشرده‌­سازی کامپوزیت کاتدی و لایه‌­های الکترولیت جامد تا جایی که به تخلخل ناچیز برسند (یعنی تخلخل صفر درصد). اجرا در مقیاس آزمایشی نیازمند محیط­‌های تولید مناسبی هست که واکنش پذیری و حساسیت مواد جدید را در نظر بگیرد، بخصوص در مورد مونتاژ سل‌­ها تحقیقات بیشتر برای ارتقاء فرآیند­های مونتاژ ضروری است. در عین حال مفاهیمی برای طراحی باتری و بدنه سل با درنظر گرفتن تغییر حجم و فشرده سازی ASSB در طول چرخه و نیز امکان انباشته‌­سازی دو قطبی فعال باید توسعه یابد. این مفاهیم پیش نیازی برای توسعه فرآیندهایی مانند جوش زبانه‌­ها و بسته بندی سل است.

خلاصه و چشم انداز

به­‌طور خلاصه چالش­‌ها و راه حل‌­های ممکن برای تولید ASSB در مقیاس بزرگ مورد بحث قرار گرفت. سناریو­های تولید برای ترکیبات مختلف مواد بر اساس بررسی­‌های تخصصی ارائه شده است. تفاوت زنجیره­‌های فرآیند حاصل به شدت بسته به مواد مصرفی متفاوت است که این مورد به‌­عنوان مثال در الکترولیت‌­های جامد بر پایه سولفید یا اکسید قابل مشاهده است. برای الکترولیت‌­هایی برپایه سولفید و ASSB­های هیبریدی، انطباق مراحل فرآیند تولید LIB مرسوم در صورت ایجاد محیط­‌های مناسب تولید، امکان پذیر خواهد بود و تخلخل کم می­‌تواند فراهم شود. در صورتیکه برای ASSB­های مبتنی بر اکسید، ساخت تقریبا شبیه تولید پیل سوختی است. نتایج این مقاله می‌­تواند به ذینفعان مانند تولیدکنندگان مواد، مهندسی تولید و تولیدکنندگان سل در مسیر حرکت از ASSB­هایی با اندازه بزرگ به سمت باتری­‌هایی با چگالی انرژی بالاتر و ایمن‌­تر، کمک رساند. تحقیقات بیشتر برای اجرای مهندسی طراحی سل در اجرای فرآیندهای تولید هنگامی که چالش­‌های قبلی با موفقیت انجام شد، مورد نیاز خواهد بود. مراحل بعدی تنظیم ضخامت لایه‌­ها، آزمایشات در مورد ساخت، پردازش و  جابه­‌جایی الکترود و لایه‌­های الکترولیت جامد برای ASSB­ها می­‌باشد.

 

 

[۱] All solid-state batteries

[۲] Lithium – ion batteries

source : Schnell J, Günther T, Knoche T, Vieider C, Köhler L, Just A, Keller M, Passerini S, Reinhart G. All-solid-state lithium-ion and lithium metal batteries–paving the way to large-scale production. Journal of Power Sources. 2018 Apr 1;382:160-75

ترجمه و ویرایش : شیرین میران موسوی

هانیه میران موسوی

 

 

0

  • دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط تیم مدیریت در وب منتشر خواهد شد.
  • پیام هایی که حاوی تهمت یا افترا باشد منتشر نخواهد شد.
  • پیام هایی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط باشد منتشر نخواهد شد.

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.