Hong Kong CityU EES: Ma'a lithium-ion fetu'una'i e fa'aosofia e so'oga o tagata

Suʻesuʻega o Talaaga

O le faʻateleina o le manaʻoga mo oloa faʻaeletoroni ua faʻalauteleina ai le televave o le atinaʻeina o masini faʻapipiʻi ma maualuga le malosi e teu ai i tausaga talu ai nei. Ma'a lithium ion fetu'una'i (LIBs) fa'atasi ai ma le maualuga o le malosi ma le fa'aogaina o le eletise mautu ua manatu o le tekinolosi sili ona lelei maa mo oloa fa'aeletoroni fa'aogaina. E ui lava o le faʻaogaina o eletise manifinifi ma faʻavae polymer e faʻaleleia atili ai le fetuutuunai o LIB, o loʻo i ai faʻafitauli nei:

(1) O le tele o maa fetu'utu'una'i e fa'aputuina e le "negative electrode-separator-positive electrode," ma o latou fa'atapula'a fa'aletonu ma fa'ase'e i le va o fa'aputu fa'apipi'i e fa'atapulaaina ai le fa'atinoga o le LIB;

(2) I lalo o nisi tulaga sili atu ona ogaoga, e pei o le gaugau, faʻaloloa, faʻafefe, ma faʻalavelave faʻalavelave, e le mafai ona faʻamaonia le faʻatinoga o le maa;

(3) O se vaega o le fuafuaga fuafuaga e le amanaiaina le deformation o le aoina uʻamea o iai nei.

O le mea lea, i le taimi lava e tasi le ausiaina o lona siʻosiʻomaga laʻititi, tele deformation modes, sili atu masini umi, ma maualuga malosi density o loʻo feagai pea ma le tele o luitau.

faʻatomuaga

Talu ai nei, na lomia ai e Polofesa Chunyi Zhi ma Dr. Cuiping Han o le Iunivesite o le Aai o Hong Kong se pepa ua faaulutalaina "Human joint inspired structural design for bendable/foldable/stretchable/twistable battery: achieving multiple deformability" on Energy Environ. Sci. O lenei galuega na musuia e le fausaga o sooga o tagata ma mamanuina se ituaiga o LIBs fetuutuunai tutusa ma le faiga soofaatasi. Faʻavae i luga o lenei mamanu fou, o le saunia, fetuutuunai maa e mafai ona ausia le maualuga o le malosi ma punou pe gaugau foi i le 180 °. I le taimi lava e tasi, o le fausaga fausaga e mafai ona suia e ala i auala eseese viliina ina ia fetuutuunai LIBs mauoa deformation gafatia, e mafai ona faʻaaogaina i faʻalavelave sili atu ona ogaoga ma faʻalavelave (faʻafefe ma mimilo), ma e mafai foi ona faʻaloloa, ma o latou gafatia faʻaleagaina e mamao i tua atu o lipoti muamua o LIBs fetuutuunai. Fa'amauina su'esu'ega fa'ata'ita'iga elemene e fa'apea o le ma'a ua mamanuina i lenei pepa o le a le o'o i le fa'afoliga palasitika e le mafai ona toe fa'afo'isia o le fa'aputu u'amea o lo'o iai nei i lalo o fa'afitauli faigata ma lavelave eseese. I le taimi lava e tasi, o le maa sikuea sikuea e mafai ona ausia le malosi malosi e oʻo atu i le 371.9 Wh/L, o le 92.9% o le maa masani masani. E le gata i lea, e mafai ona faʻamautu le faʻatinoga o le taamilosaga e tusa lava pe sili atu i le 200,000 taimi o le punou malosi ma le 25,000 taimi o faʻalavelave faʻalavelave.

O isi su'esu'ega e fa'aalia ai e mafai e le cell unit cylindrical tu'ufa'atasia ona tatalia fa'aletonu sili atu ona ogaoga ma lavelave. A maeʻa le sili atu i le 100,000 faʻalautelega malosi, 20,000 mimilo, ma le 100,000 faʻafefeteina o loʻo punou, e mafai lava ona ausia le maualuga maualuga o le sili atu i le 88% - faʻamauina fua. O le mea lea, o LIB fetuutuunai o loʻo faʻatulagaina i lenei pepa e maua ai se faʻamoemoe tele mo faʻaoga faʻaoga i mea faʻaeletonika faʻaogaina.

Faʻamaumauga o suʻesuʻega

1) LIBs fetuutuunai, musuia e sooga o tagata, e mafai ona faatumauina le faʻatinoga o le taamilosaga mautu i lalo o le punou, mimilo, faʻaloloa, ma le faʻafefe o suiga;

(2) Faatasi ai ma se sikuea fetuutuunai maa, e mafai ona ausia le malosi malosi e oo atu i le 371.9 Wh/L, o le 92.9% o le maa mama-pepa masani;

(3) 'ese'ese auala fe'avea'i e mafai ona suia foliga o le fa'aputu maa ma tu'uina atu i le ma'a ia lava le fa'aletonu.

Taiala ata

O suʻesuʻega ua faʻaalia ai, i le faʻaopoopoga i le faʻamautinoaina o le maualuga o le malosi o le malosi ma le faʻalavelave faʻalavelave, e tatau foi i le mamanu faʻatulagaina ona aloese mai le faʻaleagaina o palasitika o le aoina o loʻo iai nei. O le faʻataʻitaʻiga elemene iʻuga o loʻo faʻaalia ai o le auala sili o le aoina o loʻo i ai nei e tatau ona puipuia le aoina o loʻo i ai nei mai le i ai o se radius faʻapipiʻi laʻititi i le faagasologa o le punou e aloese ai mai le faʻaleagaina o palasitisi ma le faʻaleagaina e le mafai ona faʻaaogaina o le aoina o loʻo iai nei.

O le ata 1a o lo'o fa'aalia ai le fa'atulagaina o so'oga o le tagata, lea e fesoasoani ai le fa'ata'amilosaga fa'apolofe'au fa'apoto tele i luga o so'oga. Faʻavae i luga o lenei, Ata 1b o loʻo faʻaalia ai se anode graphite masani / diaphragm / lithium cobaltate (LCO), lea e mafai ona faʻamaʻa i totonu o se fausaga sikuea mafiafia. I le feso'ota'iga, e aofia ai fa'aputu mafiafia mafiafia e lua ma se vaega fe'avea'i. O le mea e sili ona taua, o le fa'aputu mafiafia o lo'o i ai le pito fa'a'au'au e tutusa ma le ufiufi o ponaivi fa'atasi, lea e fesoasoani e fa'amalo le mamafa ma maua ai le malosi muamua o le maa fetu'utu'una'i. O le vaega elastic e galue e pei o se ligament, faʻafesoʻotaʻi faʻaputu mafiafia ma tuʻuina atu le fetuutuunai (Ata 1c). I le faaopoopo atu i le viliina i totonu o se sikuea sikuea, e mafai foi ona gaosia maa o loʻo i ai le cylindrical poʻo le tafatolu e ala i le suia o le auala faʻafefe (Ata 1d). Mo LIBs fetu'una'i fa'atasi ai ma iunite fa'aputuga malosi, o vaega feso'ota'i o le a ta'avale i luga o le arc-foliga o le fa'aputu mafiafia i le faagasologa o le punou (Ata 1e), ma fa'ateleina ai le malosi o le malosi o le maa fe'avea'i. E le gata i lea, e ala i le faʻapipiʻiina o polymer elastic, LIBs fetuutuunai faʻatasi ma iunite cylindrical e mafai ona ausia mea faʻalauteleina ma fetuutuunai (Ata 1f).

Ata 1 (a) O le mamanu o feso'ota'iga ligament tulaga ese ma le pito fa'afefete e mana'omia e ausia ai le fetuutuunai; (b) Ata fa'ata'atia o le fa'atulagaina o ma'a fetu'una'i ma le fa'agasologa o gaosiga; (c) o le ponaivi e fetaui ma le faaputuga eletise mafiafia, ma o le ligament e fetaui ma le tatalaina (D) Fausia maa fetuutuunai ma sela faanumera ma sela tafatolu; (e) Fa'aputuina ata fa'ata'atia o sela sikuea; (f) Fa'aliga fa'aletonu o sela fa'ata'oto.

O le fa'aogaina atili ole su'esu'ega fa'ata'ita'iga fa'ainisinia na fa'amaonia ai le mautu o le fa'aogaina o le maa fa'alelei. O le ata 2a o lo'o fa'aalia ai le tufatufaina atu o le kopa ma le alumini pepa pe a punou i totonu o se pa'u (180° radian). O faʻaiʻuga o loʻo faʻaalia ai o le mamafa o le kopa ma le alumini pepa e sili atu le maualalo nai lo lo latou malosi e maua mai ai, e faʻaalia ai o lenei faʻaleagaina o le a le mafua ai le faʻaleagaina o palasitisi. E mafai e le aoina uʻamea o loʻo iai nei ona aloese mai le faʻaleagaina e le mafai ona faʻaaogaina.

O le ata 2b o loʻo faʻaalia ai le tufatufaina atu o le mamafa pe a faʻateleina le maualuga o le punou, ma o le mamafa o le pepa kopa ma le alumini pepa e laʻititi foi nai lo le malosi e maua ai. O le mea lea, o le fausaga e mafai ona tatalia le gaugau deformation ao tausia lelei le tumau. I le faaopoopo atu i le punou o le faʻaleagaina, e mafai e le faiga ona ausia se tulaga faʻapitoa o le faʻalavelave (Ata 2c).

Mo maa o loʻo i ai le cylindrical units, ona o uiga faʻapitoa o le liʻo, e mafai ona ausia le sili atu ona ogaoga ma faigata deformation. O le mea lea, pe a gaugau le maa i le 180o (Ata 2d, e), faʻaloloa i le tusa ma le 140% o le umi muamua (Ata 2f), ma mimilo i le 90o (Ata 2g), e mafai ona faatumauina le mautu masini. E le gata i lea, pe a faʻapipiʻi faʻapipiʻi + faʻafefeteina ma feʻaveaʻi faʻaleagaina, o le faʻatulagaina o le LIBs fausaga o le a le mafua ai le faʻaleagaina o le palasitika o le uʻamea o loʻo i ai nei i lalo o faʻalavelave matuia ma faigata.

Ata 2 (ac) Fa'ata'ita'iga o elemene e gata mai i'uga o se sela sikuea i lalo o le punou, gaugau, ma le mimilo; (di) Fa'ata'ita'iga elemene fa'ai'u taunu'uga o se sela fa'aa'ai i lalo o le punou, gaugau, fa'aloloa, mimilo, punou + mimilo ma vilivili.

Ina ia iloilo le faatinoga o le eletise o le maa fetuutuunai fuafuaina, na faʻaaogaina le LiCoO2 e fai ma mea cathode e faʻataʻitaʻi ai le gafatia o le lafoaia ma le mautu o le taamilosaga. E pei ona faʻaalia i le Ata 3a, e le faʻaititia tele le malosi o le maʻa ma sela sikuea pe a uma ona faʻaleagaina le vaalele e punou, mama, gaugau, ma mimilo i le 1 C magnification, o lona uiga o le faʻaogaina o masini e le mafua ai le mamanu o le maa fetuutuunai e electrochemically Pa'u Galuega. E tusa lava pe a maeʻa le punou malosi (Ata 3c, d) ma le faʻamalosi malosi (Ata 3e, f), ma pe a maeʻa se numera o taamilosaga, o le faʻatonuina ma le faʻaaogaina o le fausaga ma le umi o le taamilosaga e leai ni suiga manino, o lona uiga o le fausaga totonu o le. o le maa e puipuia lelei.

Ata 3 (a) Su'ega fa'afua ma fa'asa'a ole ma'a iunite sikuea i lalo ole 1C; (b) Tulaga tau ma lafoai i lalo o tulaga eseese; (c, d) I lalo o le malosi o le punou, fa'atinoga o le ta'amilosaga o ma'a ma le fua fa'atatau ma le fa'afefe; (e, f) I lalo o le faʻamalosi malosi, o le faʻatinoga o le taamilosaga o le maa ma le faʻaogaina o le faʻaogaina o le faʻaogaina i lalo ole taamilosaga eseese.

O faʻamatalaga faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga o loʻo faʻaalia ai le faʻafetai i uiga faʻapitoa o le liʻo, o le LIB fetuutuunai faʻatasi ai ma elemene cylindrical e mafai ona tatalia le sili atu ona ogaoga ma faʻalavelave faʻalavelave. O le mea lea, ina ia faʻaalia le faʻaogaina o le eletise o le LIB fetuutuunai o le cylindrical unit, o le suʻega na faia i le fua faatatau o le 1 C, lea na faʻaalia ai pe a oʻo i le maʻa ni suiga eseese, e toetoe lava a leai se suiga i le faʻaogaina o le eletise. O le fa'aleagaina o le a le mafua ai ona suia le alavai eletise (Ata 4a, b).

Ina ia toe iloilo atili le mautu o le eletise eletise ma le malosi o le masini, na tuʻuina atu ai le maa i se suʻega otometi faʻataʻitaʻiga i le fua o le 1 C. O suʻesuʻega e faʻaalia ai pe a maeʻa le faʻalauteleina o le malosi (Ata 4c, d), torsion malosi (Ata 4e, f) , ma le malosi o le punou + torsion (Ata 4g, h), o le faʻatinoga o le taamilosaga o le maʻa-faʻasalalauina ma le faʻaogaina o le voltage e le afaina. O le ata 4i o lo'o fa'aalia ai le fa'atinoga o se maa fa'atasi ai ma se mea e teu ai le malosi felanulanua'i. O le malosi o le lafoaia e pala mai le 133.3 mAm g-1 i le 129.9 mAh g-1, ma o le gau o le malosi i le taamilosaga e na'o le 0.04%, e faʻaalia ai o le deformation o le a le afaina ai lona mautu o le taamilosaga ma le gafatia.

Ata 4 (a) Su'ega ta'amilosaga o le fa'afua ma le fa'asa'olotoina o fa'aputuga eseese o sela fa'ato'a i le 1 C; (b) Tulaga tutusa o le tauina ma le lafoaia o le maa i lalo o tulaga eseese; (c, d) Fa'atinoga o le ta'amilosaga ma le tauina o le ma'a i lalo o le fa'alavelave fa'aletonu? (e, f) o le faatinoga o le taamilosaga o le maa i lalo o le malosi o le faʻaosoina ma le faʻaogaina o le faʻaogaina o le taʻavale i lalo o taamilosaga eseese; (g, h) le faatinoga o le taamilosaga o le maa i lalo o le malosi o le punou + torsion ma le fua fa'atatau-fa'a'ave'esea i lalo o taamilosaga eseese; (I) Su'ega ma fa'asa'olotoina ma'a iunite prismatic ma fa'asologa eseese ile 1 C.

Ina ia iloilo le faʻaogaina o le atinaʻe fetuutuunai maa i le faʻataʻitaʻiga, e faʻaaogaina e le tusitala maʻa atoa ma ituaiga eseese o iunite faʻapipiʻi malosi e faʻamalosia ai nisi o oloa faʻaeletoroni faapisinisi, e pei o taligalu, smartwatches, mini eletise eletise, mea teuteu, ma telefoni atamai. O mea uma e lua e lava mo le fa'aoga i aso uma, o lo'o fa'atinoina atoatoa le gafatia o le fa'aogaina o mea fa'aeletoroni fe'avea'i ma fa'aogaina.

O le Ata 5 o lo'o fa'aogaina ai le ma'a ua fuafuaina i taliga, uati atamai, ili eletise laiti, mea teuteu, ma telefoni poto. O le maa fetuutuunai e maua ai le malosi mo (a) taliga, (b) uati atamai, ma (c) tama'i ili eletise; (d) tuuina atu le malosiaga mo meafaigaluega teuteu; (e) i lalo o tulaga fa'aletonu eseese, o le maa fetu'utu'una'i e maua ai le malosi mo telefonipoto.

Aotelega ma vaaiga

I le aotelega, o lenei tusiga e musuia e le fausaga o sooga o tagata. O lo'o tu'uina mai ai se auala fa'apitoa mo le gaosiga o se maa fetu'una'i ma le maualuga o le malosi, tele fa'aletonu, ma le tumau. Pe a fa'atusatusa i LIB fa'aleaganu'u fa'aleaganu'u, o lenei mamanu fou e mafai ona 'alofia lelei le fa'aleagaina o palasitika o le fa'aputu u'amea o lo'o iai nei. I le taimi lava e tasi, o luga o le pi'o o lo'o fa'aagaga i pito uma e lua o le vaega e teu ai le malosi o lo'o fa'atulagaina i lenei pepa e mafai ona fa'amama lelei le fa'alavelave fa'apitonu'u o vaega feso'ota'i. E le gata i lea, o auala faʻafefe eseese e mafai ona suia le foliga o le faʻaputuga, tuʻuina atu i le maa le faʻaogaina lelei. O le maa fetu'utu'una'i e fa'aalia ai le mautu lelei o le ta'amilosaga ma le umi fa'ainisinia fa'afetai i le mamanu fou ma e tele fa'amoemoega fa'aoga i oloa fa'aeletonika fetu'una'i ma fa'alavalava.

So'oga tusitusiga

Fuafuaga fa'avae fa'a fa'aoso fa'atasi a tagata mo le ma'a e mafai ona fa'apa'u/gau'u/fa'alo'aloa: maua le tele o fa'aletonu. (Malosiaga Si'osi'omaga. Sci., 2021, DOI: 10.1039/D1EE00480H)