باتری و درک اثرات خواص الکتروشیمیایی و حرارتی جداکننده بر دمای آن

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):

چکیده

از طریق ترکیبی از مدل‌سازی و آزمایش‌ها، درک دقیقی از نقش خواص حرارتی و ویژگی‌های الکتروشیمیایی جداکننده‌ها در تکامل دمای باتری در طول نرخ‌های تخلیه کم، متوسط ​​و بالا ایجاد می‌شود. مدل انتقال حرارتی مبتنی بر ریزساختار برای پیش‌بینی هدایت حرارتی جداکننده‌ها در شرایط خشک، مرطوب و پوشش‌داده‌شده فرمول‌بندی شده است. مدل الکتروشیمیایی- حرارتی جفت­‌شده سه بعدی از باتری نیز توسعه و تایید شده است تا اثرات خصوصیات ذاتی جداکننده­‌ها مانند هدایت حرارتی و هدایت یونی و خواص بیرونی مانند سرعت تخلیه باتری و راندمان خنک­‌کنندگی محیط را بر روی آن­ها مشخص کند. دمای باتری مشخص می­‌کند که جداکننده پوشش داده ­شده با پلی­‌اکریلیک اسید-اکسید آلومینیوم (PAA) افزایش دما را در باتری لیتیوم یونی تا 20% در مقایسه با جداکننده پلی­‌اتیلن بدون پوشش در طول نرخ  جریان­های تخلیه بالا کاهش می­‌دهد. خواص الکتروشیمیایی جداکننده مانند هدایت یونی و انتشار یون لیتیوم، توسط چسب PAA در پوشش افزایش می­‌یابد درحالیکه رسانایی حرارتی جداکننده توسط جزء Al₂O₃ در پوشش افزایش می­‌یابد. افزایش خواص الکتروشیمیایی جداکننده که تلفات اهمی را در حوزه جداکننده-الکترولیت کاهش می‌دهد، نقش غالب در تعدیل دمای باتری دارد درحالیکه افزایش هدایت حرارتی جداکننده به دلیل پوشش Al₂O₃-PAA نقش ثانویه در تعیین دمای باتری در مقایسه با یک باتری با جداکننده بدون روکش دارد. تأثیر جداکننده پوشش داده ­شده در کاهش افزایش دما در باتری زمانی که باتری با بالاترین میزان تخلیه شده باشد و محیط اطراف کمترین راندمان خنک­‌کنندگی را داشته باشد، بیشتر آشکار می­‌شود.

نتیجه‌گیری

از آنجایی که تقاضا برای باتری های با ظرفیت بالا، کارایی زیاد و وزن سبک همچنان در حال رشد است، مدیریت حرارتی به منظور اطمینان از ایمنی و دوام باتری­ها به طور فزاینده­ای حیاتی می­‌شود. کاهش فرار حرارتی نیازمند بهینه­‌سازی اجزای داخلی و محیط خارجی باتری است. در میان اجزای مختلف داخلی باتری، جداکننده نقش مهمی در تأثیرگذاری بر رفتار حرارتی باتری دارد. از این رو، این مطالعه بر توسعه یک درک دقیق از نقش ویژگی‌های حرارتی و الکتروشیمیایی جداکننده‌ها بر تکامل دمای باتری در زمان‌های تخلیه کم، متوسط ​​و بالا متمرکز بود. همانطور که در شکل نشان داده شده است، نتیجه ­گیری اصلی مطالعه عبارتند از:

1) مدل انتقال حرارتی مبتنی بر ریزساختار برای پیش‌بینی هدایت حرارتی جداکننده‌ها در شرایط خشک، مرطوب و پوشش‌داده ‌شده فرمول‌بندی شد.

2) مدل الکتروشیمیایی-حرارتی جفت­‌شده سه بعدی از باتری نیز برای روشن­‌کردن اثرات خصوصیات ذاتی جداکننده­‌ها مانند هدایت حرارتی و رسانایی یونی و ویژگی­های بیرونی مانند سرعت تخلیه باتری و راندمان خنک­سازی محیط بر روی دمای باتری ایجاد و تأیید شد.

3) جداکننده پوشش داده ­شده Al₂O₃-PAA افزایش دما را در باتری لیتیوم یونی تا 20% در مقایسه با جداکننده پلی­‌اتیلن بدون پوشش در هنگام دشارژ بالا کاهش می­‌دهد.

4) افزایش خواص الکتروشیمیایی جداکننده مانند هدایت یونی و انتشار یون لیتیوم (همانطور که در مورد جداکننده پوشش داده­ شده مشاهده شد) افت اهمی و افت پتانسیل را در حوزه جداکننده-الکترولیت کاهش می­‌دهد و نقش غالب در تعدیل دمای باتری دارد.

5) در مقایسه با اثراتی که خواص الکتروشیمیایی جداکننده در تعدیل دمای باتری دارد، رسانایی حرارتی جداکننده نقش ثانویه­‌ای در تعیین دمای باتری به ویژه در طول فرآیند دشارژ بالا خواهد داشت.

6) در مقایسه باتری با جداکننده بدون روکش، تأثیر جداکننده پوشش داده شده در کاهش افزایش دما در باتری زمانی که باتری با بالاترین میزان دشارژ شده باشد و محیط اطراف کمترین راندمان خنک­‌کنندگی را داشته باشد، بیشتر آشکار می­‌شود.

دانلود فایل: درک اثرات خواص الکتروشیمیایی و حرارتی جداکننده بر دمای باتری

Reference

Lu Y, Wu Z, Cheng G, Venkatesh TA, Liu G, Bai Y, Yu L, Li N. Understanding the effects of the electrochemical and thermal properties of the separator on the battery temperature. Chemical Engineering Journal. 2023 Apr 1; 461:142067.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142067

مترجم: علیرضا کرفی