Uute energiatarbega elektrisõidukite ja elektrilennukite kiire arenguga sõltub nõudlus mõlemas suurema sõiduulatuse järele üha enam energia{0}}tihedatest liitium-ioonakudest (LIB)

Uute energiaga elektrisõidukite ja elektrilennukite kiire arenguga sõltub nõudlus mõlemas sõiduulatusest üha enam energia{0}}tihedate liitium-ioonakude (LIB) järele.

Praegu on traditsiooniliste vedelate akude puhul ülioluline Li + ioonide efektiivne transporditee pikkus poorses elektroodis. See pikkus pikeneb koos piirkondliku koormusega, piirates otseselt -kiirlaadimise jõudlust. Tööstuses on välja pakutud erinevaid strateegiaid, mille hulgas on elektroodide hõrenemine üks peamisi meetodeid kiiruse parandamiseks, kuid see meetod on aku energiatiheduse hinnaga.

Tahkis{0}}akud, mis on akude lõppeesmärk, seisavad silmitsi muude väljakutsetega, mis ei piirdu tootlikkuse ja kuludega; üks suuremaid kitsaskohti on liitiumdendriidi moodustumise probleemi lahendamine. Liitiummetall on akude jaoks kõige lootustandvam anoodimaterjal, kuid dendriidi kasv, liitiumi kõrge reaktsioonivõime ja mahu suurenemine ohustavad liitiumakudele ohutust, takistades liitiummetalli anoodide praktilist kasutamist laetavates akudes.

Mõlemad peamised valupunktid viitavad praegu samale lahendusele: vahustatud vasele. Vahtvask, tuntud ka kui 3D-vask, on uus akumaterjal, millel on palju unikaalseid omadusi ja eeliseid. Vahustatud vask on metalliline materjal, millel on suur hulk ühtlaselt jaotunud omavahel ühendatud poore, millel on hea juhtivus ja elastsus. Liitium-ioonakurakendustes esindavad vahtmetallist voolukollektorid kolmandat põlvkonda võrreldes esimese-põlvkonna vaskfooliumvoolukollektoritega ja teise-põlvkonna komposiitvoolukollektoritega. See kolmanda-põlvkonna voolukollektor on samuti võtmetegur, mis määrab, kas Hiina suudab olla esimene maailmas, kes saavutab kõigi -tahke{10}}akude industrialiseerimise.

Esiteks on vahustatud vasel aku materjalina kõrge juhtivus, mis aitab parandada aku laadimise ja tühjenemise efektiivsust. Selle poorne struktuur suurendab elektroodi ja elektrolüüdi vahelist kontaktpinda, parandades seeläbi aku energiatihedust ja tsükli stabiilsust. Traditsioonilistel voolukollektoritel (TCC), nagu tahked metallfooliumid, sealhulgas Cu ja Al, puudub poorsus ja need on elektrolüüti mitteläbilaskvad. Seetõttu ei hõlbusta need TCC-d Li+ transporti ja piiravad Li+ transporti elektroodide vahel ainult ühele küljele, piirates kiiret{5}}laadimist.

Seevastu vahustatud vase poorne konstruktsioon võimaldab Li+ ioonidel samaaegselt läbida nii voolukollektorit kui ka separaatorit, vähendades seega efektiivset Li+ transpordikaugust poole võrra ja suurendades difusiooni -piiratud C- kiirust neli korda, ilma et see mõjutaks energiatihedust. Praegu on juhtivad kodumaised ja rahvusvahelised suure{5}tõhusate akude tootjad viinud läbi võrdlevaid uuringuid. Viimase Nature artikli kohaselt on seda voolukollektorit kasutavatel akudel kõrge erienergia (276 Wh kg⁻¹) ja märkimisväärne kiire{8}}laadimisvõime, mis töötavad 4 C (78,3% C/C), 6 C (70,5% C/C) ja 10 C (54,3% C/C). See poorne voolukollektori disain ühildub olemasolevate akude tootmisprotsesside ja muude kiirlaadimisstrateegiatega, rikastab aku konfiguratsioone ja pakub paremaid ideid järgmise põlvkonna akude kujundamiseks.

Teiseks, mis puudutab tahkis{0}}akude-liitiumdendriidi moodustumise- suurimat probleemi, laiendab vaskvahu suur pindala tõhusalt elektroodi pindala, pakkudes elektrokeemiliste reaktsioonide jaoks aktiivsemaid kohti. See toob kaasa suurema voolutiheduse ja aku mahutavuse. Veelgi olulisem on see, et suurem reaktsiooniala tähendab väiksemat vooluühikut, mis parandab oluliselt liitiumdendriidi moodustumist. Seda kasutatakse juhtivate akutootjate laborites juba laialdaselt kondensaat--ja tahkis-patareides.

Lisaks on vaskvahul ka hea mehaaniline tugevus ja stabiilsus, mis talub aku tsükli ajal tekkivat pinget, pikendades aku kasutusiga. See on väga atraktiivne ka pooljuhtakude jaoks.

Iga GWh aku jaoks kulub 6 m vaskfooliumi kohta 700 tonni vaske ja komposiitvoolukollektor kaalub umbes 300 tonni, vajades umbes 250 tonni vaske. Vahustatud vask vajab ainult umbes 100 tonni. Vase kasutamise märkimisväärne vähenemine, arvestades praegust-vase hinna pikaajalist tõusu, võib mitte ainult säästa palju kulusid, vaid ka oluliselt parandada aku energiatihedust.