Alumīnija folija ir vienīgais visbiežāk izmantotais metāla substrāts jaunajās enerģijas baterijās, un iemesls ir fizisks, nevis komerciāls. Alumīnija blīvums ir aptuveni 2,7 g/cm³, kas ir aptuveni viena trešdaļa no vara blīvuma, savukārt tā elektrovadītspēja sasniedz aptuveni 60% no starptautiskā atkausētā vara standarta. Turklāt uz virsmas uzreiz veidojas plāna dabiskā oksīda plēve, kas katoda normālā darba potenciāla logā paliek stabila pret lielāko daļu organisko elektrolītu. Šīs trīs īpašības, maza masa, augsta vadītspēja un elektroķīmiskā stabilitāte, ir tieši tas, kas nepieciešams strāvas kolektoram.
Kur jaunā enerģijas šūnā atrodas alumīnija folija
Jauns enerģijas akumulators ir samontēts no četrām pamata funkcionālajām daļām. Pozitīvais elektrods uzglabā lādiņu, negatīvais elektrods atbrīvo lādiņu, elektrolīts transportē jonus starp abiem, un separators notur elektrodus fiziski atsevišķi. Ap šo kodolu atrodas korpuss, spailes un akumulatora vadības sistēma. Alumīnija folija ir pozitīvā elektroda nesējs: aktīvais pulveris (trīskāršs materiāls, litija dzelzs fosfāts vai nātrija pārejas metāla oksīds) tiek pārklāts uz abām folijas virsmām, žāvēts un kalandrēts, un folija pēc tam savāc izlādes laikā radušos elektronus un nogādā tos uz cilni.
Tā kā folija atrodas aiz aktīvā materiāla, nevis tā priekšā, tā nesniedz nekādu jaudu, tomēr tā nosaka, cik vienmērīga strāva tiek ņemta no pārklājuma. Tāpēc vienmērīgs biezums, zema virsmas pretestība un tīra, mitrināma virsma ir funkcionālas prasības, nevis mārketinga prasības.
Folijas patēriņš šūnu ķīmijā
Akumulatora rūpnīcas patērētās folijas daudzumu nosaka ķīmija, šūnu formāts un enerģijas blīvums. Nozares aprēķinu praksē tiek izmantots skaitlis par gigavatstundu:
| Šūnu ķīmija | Alumīnija folija uz GWh | Šūnas folijas izmaksu daļa |
|---|---|---|
| Trīskāršs (NCM/NCA) | 300 - 450 t | aptuveni 1,5% - 2.0% |
| Litija dzelzs fosfāts (LFP) | 400 - 600 t | nedaudz virs trīskāršās |
| Nātrija{0}}jons | 700 - 1,000 t | apmēram 5,0% |
LFP šūnām ir nepieciešams vairāk folijas nekā trīskāršām šūnām, jo to tilpuma enerģijas blīvums ir mazāks, tāpēc ir jāpārklāj lielāks elektroda laukums tai pašai uzkrātajai enerģijai, un katrs elektroda kvadrātmetrs nes foliju strāvas kolektora pusē. Nātrija -jonu šūnas krasi pavelk skaitli uz augšu cita iemesla dēļ: nātrijs nereaģē ar alumīniju pie negatīvā elektroda potenciāla, tāpēc alumīnijs var kalpot kā kolektors gan pozitīvajā, gan negatīvajā pusē, nevis vara. Tas dubulto šūnas folijas saturu un palielina tās daļu no šūnu izmaksām līdz aptuveni 5,0%.
Biezuma un sakausējuma izvēle
Mērinstruments tiek izvēlēts galvenokārt pēc jaudas nepieciešamības un klienta veiktā pārklājuma procesa. Plānāka folija samazina šūnu masu un izmaksas, taču tā arī palielina elektrisko pretestību un padara audumu grūtāk pārklājamu bez saburzīšanās.
Patērētāju un 3C šūnas:parasti no 9 µm līdz 11 µm.
Jaudas un enerģijas uzglabāšanas šūnas:parasti no 12 µm līdz 15 µm.
Īpaši augstas cenas dizaini:ļoti neliela tirgus daļa izmanto foliju virs 15 µm.
Tipiski sakausējumi:1060, 1070 un 1235 alumīnijs, tiek piegādāts mīkstā (O) rūdītā ar velmētu, eļļu mazgātu virsmu.
Folija tiek piegādāta spoles veidā un sagriezta klienta pārklājuma līnijas platumā. Ruļļa diametrs, serdes veids, savienojuma brīvība un malu kvalitāte tiek saskaņota ar šūnu veidotāju, jo viena šķautne vai salocīta mala var saplēst pārklājuma audumu un pārtraukt līniju uz stundām.
Virsmas stāvoklis: mitrināmība, līdzenums un caurumi
Elektrodu virca ir viskoza, šķīdinātāju vai ūdens bāzes pasta, un tā vienmērīgi izkliedēsies tikai uz pareizi saslapinātas virsmas. Eļļas atlikumi, oksīda putekļi vai adsorbēts mitrums samazina mitrumu un rada tukšas plankumus, caurumus pārklājumā un nevienmērīgu saķeri pēc žāvēšanas. Tāpēc piegādātāji šķiro foliju pēc mitrināmības, un augstākā A+ kategorija ir normālais akumulatora folijas pieņemšanas līmenis.
Paralēli tiek kontrolēti vēl trīs parametri. Biezuma pielaidei jābūt pietiekami stingrai, lai pārklājuma sprauga nenovirzītos pa divu kilometru spoli. Līdzenumam jābūt pietiekami labam, lai audums neplīvotu cauri žāvēšanas krāsnim, kas radītu malu viļņošanos un pārklājuma svītras. Caurumu skaitam ir jābūt mazam, jo caurejošs caurums strāvas kolektorā rada augstas pretestības punktu, kas ātrās uzlādes laikā var izraisīt lokālu sildīšanu.
Nātrija{0}}jonu šūnas un pāreja uz dubultiem alumīnija elektrodiem
Nātrija -jonu ķīmija parasti tiek novietota stacionārai uzglabāšanai, kur maksa par kilovatstundu un cikla ilgums ir svarīgāki par gravimetrisko enerģijas blīvumu. Tā kā abi elektrodi var būt alumīnija, elementam vairs nav nepieciešams vara folijas anoda kolektors. Tas pilnībā noņem varu no materiālu saraksta un novērš ar to saistīto piegādes risku, vienlaikus pieņemot smagāku elementu. Krātuves uzstādīšanai papildu svars nav svarīgs, un vienkāršotā viena metāla savācēja konstrukcija arī samazina pārstrādes sarežģītību, jo iepakojumā vairs nav jauktas vara un alumīnija kolektora plūsmas.
Norādīt foliju.Pilnīgai specifikācijai jānorāda sakausējums un rūdījums, nominālais biezums un pielaide, spoles platums un iekšējais diametrs, mehāniskās īpašības pēc piegādes, mitrināmības pakāpe, maksimālais caurumu skaits, virsmas tīrības ierobežojums un iepakojums, kas nepieciešams, lai spoli transportēšanas laikā būtu sausa un nesabojāta. Ja tiek izsauktas mehāniskās īpašības, stiepes izturības un pagarinājuma vērtības jānorāda faktiski piegādātajā temperatūrā, jo īpašības, kas izmērītas no cita temperatūras laboratorijas parauga, nevar salīdzināt. Pircējiem arī jāvienojas par paraugu ņemšanas plānu un katram parametram izmantoto testa metodi pirms pirmās spoles piegādes, jo mitrināmība un caurumu rezultāti ir atkarīgi no metodes.
FAQ
J. Kāda biezuma alumīnija folija tiek izmantota litija{0}}jonu akumulatorā?
Patērētāju un 3C šūnas parasti izmanto 9 µm līdz 11 µm foliju, savukārt enerģijas un enerģijas uzglabāšanas šūnas parasti izmanto 12 µm līdz 15 µm. Tikai neliela daļa īpašo dizainu pārsniedz 15 µm.
J. Kāpēc nātrija{0}}jonu akumulators izmanto tik daudz vairāk alumīnija folijas?
Nātrijs nereaģē ar alumīniju pie anoda potenciāla, tāpēc alumīniju var izmantot kā kolektoru abiem elektrodiem. Patēriņš palielinās līdz aptuveni 700 - 1 000 t uz GWh, nevis 300 - 450 t trīskāršā elementā.
J: Kādus alumīnija sakausējumus izmanto akumulatoru strāvas kolektoriem?
1060, 1070 un 1235 ir izplatītākās kategorijas, kas parasti tiek piegādātas mīkstā O temperācijā ar eļļu mazgātu virsmu. Sakausējuma izvēli nosaka vadītspēja, formējamība un šūnas līnijai nepieciešamais spoles platums.
J: Kādu šūnu izmaksu daļu veido alumīnija folija?
Litija{0}}jonu šūnās folija veido aptuveni 1,5–2,0% no izmaksām. Nātrija -jonu šūnās, kur abos elektrodos tiek izmantots alumīnijs, daļa palielinās līdz aptuveni 5,0%.
J: Vai akumulatora folijai ir nepieciešams virsmas pārklājums vai apstrāde?
Parastā ražošanā pārklājums netiek uzklāts. Prasība ir tīra virsma bez eļļas ar mitrināmības pakāpi A+, lai elektrodu virca vienmērīgi saslapinātu, kā arī neliela biezuma pielaide, labs līdzenums un mazs caurumu skaits.
J: Kā tiek aprēķināts folijas patēriņš jaunai akumulatoru rūpnīcai?
Plānotāji reizina plānoto gada jaudu GWh ar izvēlētās ķīmijas gigavatstundas patēriņu, pēc tam pievieno lūžņu pielaidi pārklājuma un griešanas zudumiem. Tas dod gada tonnāžu, par kuru jāslēdz līgums.
