רדיד אלומיניום סוללה לתאי ליתיום ונתרן-

רדיד אלומיניום הוא המצע המתכתי היחיד בשימוש בסוללות אנרגיה חדשות, והסיבה היא פיזית ולא מסחרית. לאלומיניום יש צפיפות של כ-2.7 גרם/ס"מ³, בערך שליש מזה של נחושת, בעוד שהמוליכות החשמלית שלו מגיעה לכ-60% מהתקן הבינלאומי של נחושת מחושלת. נוסף על כך, סרט תחמוצת טבעי דק נוצר באופן מיידי על פני השטח ונשאר יציב כנגד רוב האלקטרוליטים האורגניים בתוך חלון פוטנציאל העבודה הרגיל של קתודה. שלושת המאפיינים הללו, מסה נמוכה, מוליכות גבוהה ויציבות אלקטרוכימית, הם בדיוק מה שקולט זרם צריך.

איפה רדיד אלומיניום יושב בתוך תא אנרגיה חדש

סוללת אנרגיה חדשה מורכבת מארבעה חלקים פונקציונליים בסיסיים. האלקטרודה החיובית אוגרת מטען, האלקטרודה השלילית משחררת מטען, האלקטרוליט מעביר יונים בין השניים, והמפריד מרחיק את האלקטרודות פיזית. סביב הליבה הזו יושבים המארז, הדקים ומערכת ניהול הסוללות. רדיד האלומיניום הוא הנשא של האלקטרודה החיובית: האבקה הפעילה (חומר טרנרי, פוספט ליתיום ברזל או תחמוצת מתכת מעבר נתרן) מצופה על שני הצדדים של נייר הכסף, מיובשת ומפותלת, ואז הרדיד אוסף את האלקטרונים שנוצרו במהלך הפריקה ומעביר אותם ללשונית.

מכיוון שהרדיד יושב מאחורי החומר הפעיל ולא לפניו, הוא אינו תורם קיבולת משלו, ובכל זאת הוא מחליט באיזו מידה נמשך הזרם באופן שווה מהציפוי. עובי אחיד, עמידות משטח נמוכה ומשטח נקי וניתן להרטיב הם אפוא דרישות פונקציונליות, לא טענות שיווקיות.

צריכת נייר כסף על ידי כימיה של תאים

כמות נייר הכסף שמפעל סוללות צורך מונעת על ידי כימיה, פורמט תאים וצפיפות אנרגיה. תרגול החישוב בתעשייה משתמש בנתון לשעה של ג'יגה וואט:

תאי LFP זקוקים ליותר נייר כסף מאשר תאים משולשים מכיוון שצפיפות האנרגיה הנפחית שלהם נמוכה יותר, ולכן יש לצפות באזור אלקטרודה גדול יותר עבור אותה אנרגיה מאוחסנת, וכל מטר מרובע של אלקטרודה נושא נייר כסף בצד קולט הזרם. תאי יון -נתרן מושכים את הדמות למעלה מסיבה אחרת: נתרן אינו מגיב עם אלומיניום בפוטנציאל האלקטרודה השלילי, כך שאלומיניום יכול לשמש כקולט הן בצד החיובי והן בצד השלילי במקום נחושת. זה מכפיל את תכולת נייר הכסף של התא ומעלה את חלקו בעלויות התא לכ-5.0%.

בחירת עובי וסגסוגת

מד נבחר בעיקר לפי דרישת הספק ולפי תהליך הציפוי שהלקוח מפעיל. נייר כסף דק יותר מוריד מסת תאים ועלות, אך הוא גם מגביר את ההתנגדות החשמלית ומקשה על ציפוי הרשת מבלי להתקמט.

תאי צריכה ו-3C:בדרך כלל 9 מיקרומטר עד 11 מיקרומטר.

תאי אחסון כוח ואנרגיה:בדרך כלל 12 מיקרומטר עד 15 מיקרומטר.

עיצובים מיוחדים בשיעור גבוה:חלק קטן מאוד מהשוק משתמש בנייר כסף מעל 15 מיקרומטר.

סגסוגות אופייניות:אלומיניום 1060, 1070 ו-1235, מסופק במזג רך (O) עם משטח מגולגל שטוף שמן.

נייר כסף מסופק בצורת סליל ומחורץ לרוחב קו הציפוי של הלקוח. קוטר הגליל, סוג הליבה, חופש השחוג ואיכות הקצוות מסוכמים עם יצרן התאים מכיוון שקורה בודדת או קצה מקופל יכולים לקרוע את רשת הציפוי ולעצור קו למשך שעות.

מצב פני השטח: הרטבה, שטוחות וחורים

תמיסת אלקטרודות היא משחה צמיגה, נישאת בממס או משחה נישאת במים, והיא תתפשט באופן שווה רק על משטח שנרטב כראוי. שאריות שמן גלגול, אבק תחמוצת או לחות ספיגה מפחיתים את יכולת ההרטבה ומייצרים כתמים חשופים, חורים בציפוי והידבקות לא אחידה לאחר הייבוש. לכן הספקים מדרגים נייר כסף לפי יכולת הרטבה, ודרגה עליונה של A+ היא רמת הקבלה הרגילה לרדיד סוללה.

שלושה פרמטרים נוספים נשלטים במקביל. סבילות העובי חייבת להיות הדוקה מספיק כדי שמרווח הציפוי לא יסחף על פני סליל של שני קילומטרים. השטיחות חייבת להיות מספיק טובה כדי שהרשת לא תתנפנף דרך תנור הייבוש, מה שיגרום לאדוות קצוות ופסי ציפוי. ספירת החורים חייבת להיות נמוכה, מכיוון שחור דרך בקולטן הזרם יוצר נקודת התנגדות גבוהה שיכולה ליצור חימום מקומי במהלך טעינה מהירה.

נתרן-תאי יון והמעבר לאלקטרודות אלומיניום כפולות

כימיית יון-נתרן ממוקמת בדרך כלל לאחסון נייח, שבו העלות לקילוואט שעה וחיי מחזור חשובים יותר מצפיפות האנרגיה הגרבימטרית. מכיוון ששתי האלקטרודות יכולות להיות אלומיניום, התא אינו זקוק עוד לאספן אנודה של רדיד נחושת. זה מסיר נחושת מלוח החומרים לחלוטין ומבטל את סיכון האספקה ​​הכרוך בו, תוך קבלת תא כבד יותר. עבור התקנת אחסון המשקל הנוסף אינו רלוונטי, והעיצוב הפשוט של אספן מתכת בודד מפחית גם את מורכבות המיחזור, מכיוון שהחבילה אינה מכילה עוד זרם אספן מעורב של נחושת ואלומיניום.

ציון נייר הכסף.מפרט מלא אמור לתקן את הסגסוגת והמזג, את העובי והסבילות הנומינליים, את רוחב הסליל והקוטר הפנימי, את המאפיינים המכניים לאחר המסירה, את דרגת הרטיבות, את ספירת החורים המקסימלית, את מגבלת ניקיון פני השטח ואת האריזה הדרושה כדי לשמור על הסליל יבש וללא פגיעה במעבר. כאשר מאפיינים מכניים נקראים, יש לציין את ערכי חוזק המתיחה וההתארכות במזג שסופק בפועל, מכיוון שלא ניתן להשוות מאפיינים שנמדדו בדגימת מעבדה של מזג שונה. הקונים צריכים גם להסכים על תוכנית הדגימה ועל שיטת הבדיקה המשמשת עבור כל פרמטר לפני משלוח הסליל הראשון, מכיוון שתוצאות הרטיבות וחור חריר תלויות בשיטה.

שאלות נפוצות

ש: באיזה עובי של רדיד אלומיניום משתמשים בסוללת ליתיום-יון?
תאי צריכה ו-3C משתמשים בדרך כלל בנייר כסף של 9 מיקרומטר עד 11 מיקרומטר, בעוד שתאי אחסון חשמל ואנרגיה משתמשים בדרך כלל ב-12 מיקרומטר עד 15 מיקרומטר. רק חלק קטן מהעיצובים המיוחדים עולה על 15 מיקרומטר.

ש: מדוע סוללת יון-נתרן משתמשת בהרבה יותר רדיד אלומיניום?
נתרן אינו מגיב עם אלומיניום בפוטנציאל האנודה, כך שניתן להשתמש באלומיניום כקולט עבור שתי האלקטרודות. הצריכה עולה לכ-700 - 1,000 t ל-GWh במקום ל-{3}} t עבור תא משולש.

ש: באילו סגסוגות אלומיניום משתמשים עבור קולטי זרם סוללות?
1060, 1070 ו-1235 הם הציונים הנפוצים, מסופקים בדרך כלל במזג O רך עם משטח שטוף בשמן. בחירת הסגסוגת מונעת על ידי מוליכות, יכולת צורה ורוחב הסליל שקו התא דורש.

ש: איזה חלק ממחיר התא מייצג רדיד האלומיניום?
בתאי ליתיום-נייר הכסף מהווה בערך 1.5% עד 2.0% מהעלות. בתאי יון -נתרן, שבהם שתי האלקטרודות משתמשות באלומיניום, המניה עולה לכ-5.0%.

ש: האם רדיד סוללה צריך ציפוי או טיפול?
לא מוחל ציפוי בייצור רגיל. הדרישה היא משטח נקי ונטול שמן עם דרגת הרטבה של A+ כך שתמיסת האלקטרודה נרטבת באופן שווה, בתוספת סובלנות עובי הדוקה, שטוחות טובה וספירת חרירים נמוכה.

ש: כיצד מחושבת צריכת נייר כסף עבור מפעל סוללות חדש?
מתכננים מכפילים את הקיבולת השנתית המתוכננת ב-GWh בצריכת גיגה-וואט לשעה של הכימיה שנבחרה, ואז מוסיפים קצבת גרוטאות עבור הפסדי ציפוי וחתך. זה נותן את הטונה השנתית שיש להתקשר.