რატომ იყენებენ ლითიუმის ბატარეები ალუმინს გარსად?

ლითიუმის ბატარეების ალუმინის გარსაცმების გამოყენების ძირითადი მიზეზები დეტალურად შეიძლება გაანალიზდეს შემდეგი ასპექტების მიხედვით, კერძოდ, მსუბუქი წონა, კოროზიისადმი მდგრადობა, კარგი გამტარობა, კარგი დამუშავების მახასიათებლები, დაბალი ღირებულება, კარგი სითბოს გაფრქვევის მახასიათებლები და ა.შ.

1. მსუბუქი

• დაბალი სიმკვრივე: ალუმინის სიმკვრივე დაახლოებით 2.7 გ/სმ³-ია, რაც მნიშვნელოვნად დაბალია ფოლადის სიმკვრივეზე, რომელიც დაახლოებით 7.8 გ/სმ³-ია. ელექტრონულ მოწყობილობებში, რომლებიც მაღალი ენერგიის სიმკვრივისა და სიმსუბუქისკენ მიისწრაფვიან, როგორიცაა მობილური ტელეფონები, ლეპტოპები და ელექტრომობილები, ალუმინის გარსს შეუძლია ეფექტურად შეამციროს საერთო წონა და გააუმჯობესოს გამძლეობა.

2. კოროზიისადმი წინააღმდეგობა

• მაღალი ძაბვის გარემოსთან ადაპტირება: ლითიუმის აკუმულატორის დადებითი ელექტროდის მასალების, როგორიცაა სამმაგი მასალები და ლითიუმის კობალტის ოქსიდი, სამუშაო ძაბვა შედარებით მაღალია (3.0-4.5 ვ). ამ პოტენციალზე, ალუმინი ზედაპირზე წარმოქმნის მკვრივ ალუმინის ოქსიდის (Al₂O₃) პასივაციის ფენას შემდგომი კოროზიის თავიდან ასაცილებლად. ფოლადი ადვილად კოროდირდება ელექტროლიტით მაღალი წნევის ქვეშ, რაც იწვევს აკუმულატორის მუშაობის დაქვეითებას ან გაჟონვას.

• ელექტროლიტების თავსებადობა: ალუმინს აქვს კარგი ქიმიური სტაბილურობა ორგანული ელექტროლიტების მიმართ, როგორიცაა LiPF₆, და არ იწვევს რეაქციებს ხანგრძლივი გამოყენებისას.

3. გამტარობა და სტრუქტურული დიზაინი

• დენის კოლექტორის შეერთება: დადებითი ელექტროდის დენის კოლექტორებისთვის (მაგალითად, ალუმინის ფოლგა) სასურველი მასალაა ალუმინი. ალუმინის გარსი შეიძლება პირდაპირ დადებით ელექტროდთან იყოს დაკავშირებული, რაც ამარტივებს შიდა სტრუქტურას, ამცირებს წინააღმდეგობას და აუმჯობესებს ენერგიის გადაცემის ეფექტურობას.

• გარსის გამტარობის მოთხოვნები: ზოგიერთი აკუმულატორის დიზაინში, ალუმინის გარსი დენის გზის ნაწილია, მაგალითად, ცილინდრული აკუმულატორები, რომლებსაც აქვთ როგორც გამტარობის, ასევე დამცავი ფუნქციები.

4. დამუშავების შესრულება

• შესანიშნავი პლასტიურობა: ალუმინი ადვილად დასაჭერი და გაჭიმულია და გამოდგება რთული ფორმების ფართომასშტაბიანი წარმოებისთვის, როგორიცაა ალუმინ-პლასტმასის ფირები კვადრატული და რბილი შეფუთვის მქონე აკუმულატორებისთვის. ფოლადის გარსები რთულია დასამუშავებლად და მაღალი ფასი აქვს.

• დალუქვის გარანტია: ალუმინის გარსის შედუღების ტექნოლოგია განვითარებულია, მაგალითად, ლაზერული შედუღება, რომელსაც შეუძლია ელექტროლიტის ეფექტურად დალუქვა, ტენიანობისა და ჟანგბადის შეღწევის თავიდან აცილება და ელემენტის მუშაობის გახანგრძლივება.

5. თერმული მართვა

• მაღალი სითბოს გაფრქვევის ეფექტურობა: ალუმინის თბოგამტარობა (დაახლოებით 237 W/m·K) გაცილებით მაღალია, ვიდრე ფოლადის (დაახლოებით 50 W/m·K), რაც ეხმარება აკუმულატორს მუშაობის დროს სითბოს სწრაფად გაფანტვაში და ამცირებს თერმული გაქცევის რისკს.

6. ღირებულება და ეკონომიურობა

• მასალისა და დამუშავების დაბალი ხარჯები: ალუმინის ნედლეულის ფასი ზომიერია, ხოლო დამუშავების ენერგიის მოხმარება დაბალი, რაც შესაფერისია ფართომასშტაბიანი წარმოებისთვის. ამის საპირისპიროდ, ისეთი მასალები, როგორიცაა უჟანგავი ფოლადი, უფრო ძვირია.

7. უსაფრთხოების დიზაინი

• წნევის შემსუბუქების მექანიზმი: ალუმინის გარსს შეუძლია შიდა წნევის განთავისუფლება და აფეთქების თავიდან აცილება გადატვირთვის ან თერმული გადინების შემთხვევაში, დამცავი სარქველების დიზაინის გამოყენებით, როგორიცაა ცილინდრული ბატარეების CID გადაბრუნების სტრუქტურა.

8. ინდუსტრიული პრაქტიკა და სტანდარტიზაცია

• ალუმინის გარსები ფართოდ გამოიყენება ლითიუმის ელემენტების კომერციალიზაციის ადრეული დღეებიდან, მაგალითად, Sony-ს მიერ 1991 წელს გამოშვებული 18650 ელემენტი, რამაც ჩამოაყალიბა მომწიფებული სამრეწველო ჯაჭვი და ტექნიკური სტანდარტები, რამაც კიდევ უფრო განამტკიცა მისი ძირითადი პოზიცია.

გამონაკლისები ყოველთვის არსებობს. ზოგიერთ განსაკუთრებულ შემთხვევაში, ფოლადის გარსაცმებიც გამოიყენება:

ზოგიერთ სცენარში, სადაც მექანიკური სიმტკიცის უკიდურესად მაღალი მოთხოვნებია, მაგალითად, ზოგიერთი კვების აკუმულატორის ან ექსტრემალური გარემო პირობების გამოყენებისას, შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნიკელ-მოოქროვილი ფოლადის გარსი, მაგრამ ეს ზრდის წონას და ღირებულებას.

დასკვნა

ალუმინის გარსი ლითიუმის ბატარეის გარსისთვის იდეალურ არჩევნად იქცა მათი ყოვლისმომცველი უპირატესობების გამო, როგორიცაა მსუბუქი წონა, კოროზიისადმი მდგრადობა, კარგი გამტარობა, მარტივი დამუშავება, შესანიშნავი სითბოს გაფრქვევა და დაბალი ღირებულება, რაც იდეალურად აბალანსებს მუშაობას, უსაფრთხოებას და ეკონომიკურ მოთხოვნებს.