Каковы преимущества циркониевой керамики в компонентах батарей

---

С быстрым развитием новых энергетических технологий спрос на высокопроизводительные батареи, такие как литиевые и твердотельные, растет с каждым днем. Производительность, безопасность и срок службы батареи во многом зависят от выбора материалов для ее ключевых компонентов. Циркониевая керамика (ZrO ₂) играют важную роль в компонентах аккумуляторов благодаря своим превосходным физическим и химическим свойствам.

Основные характеристики циркониевой керамики
Циркониевая керамика - это высокоэффективная конструкционная керамика, обладающая следующими основными характеристиками:
-Высокая механическая прочность: Высокая твердость, хорошая износостойкость и способность выдерживать большие механические нагрузки.
-Отличная химическая стабильность: устойчив к коррозии под действием кислот и щелочей, не вступает в реакцию с электролитом.
-Высокая температура плавления (около 2700 °С): подходит для использования в условиях высоких температур.
-Низкая теплопроводность: Эффективная изоляция и снижение риска теплового удара батареи.
-Ионная проводимость (после легирования): могут быть использованы в твердотельных электролитах для повышения производительности батарей.
Эти характеристики делают его идеальным материалом для ключевых компонентов батарей.

Применение и преимущества циркониевой керамики в компонентах аккумуляторов
Твердый электролит (повышает безопасность и плотность энергии)
Проблема: традиционные жидкие электролиты склонны к утечкам и воспламеняемости, что создает угрозу безопасности; для твердотельных батарей требуются электролиты с высокой ионной проводимостью.
Решение:
-Допированный цирконий (например, стабилизированный иттрием цирконий YSZ) может служить твердым электролитом, обеспечивая стабильные ионные транспортные каналы.
-Преимущества:
-Высокая химическая стабильность, не вступает в реакцию с материалами электродов.
-Устойчив к высоким температурам и снижает риск теплового удара.
-Повышение плотности энергии батареи и увеличение срока службы.

Сепаратор аккумулятора (повышенная безопасность)
Проблема: Традиционные полимерные мембраны склонны к усадке и плавлению при высоких температурах, что приводит к короткому замыканию.
Решение:
-Мембраны с покрытием из циркониевой керамики или полностью керамические мембраны могут значительно повысить устойчивость к высоким температурам.
-Преимущества:
-Высокая термостойкость (>1000 °С) для предотвращения теплового удара.
-Высокая механическая прочность позволяет избежать прокола дендритов лития.
-Отличная смачиваемость электролита повышает эффективность переноса ионов.

Покрытие материала электрода (улучшает стабильность)
Проблема: электродные материалы (например, катоды с высоким содержанием никеля) подвержены структурной деградации при циклическом использовании, что приводит к снижению емкости.
Решение:
-Цирконий может использоваться в качестве покрытия поверхности электродов для уменьшения побочных реакций.
-Преимущества:
-Ингибируют разложение электролита и снижают побочные реакции на границе раздела.
-Повышение стабильности структуры электродов и увеличение срока службы батарей.

Корпус аккумулятора и разъемы (коррозионностойкие, высокопрочные)
Проблема: Металлический корпус подвержен коррозии, а пластиковый корпус недостаточно прочен.
Решение:
-Циркониевая керамика может использоваться для изготовления корпусов батарей или критических соединительных элементов.
-Преимущества:
-Устойчивость к коррозии в электролитах и долговременная стабильность.
-Высокая твердость, ударопрочность и защита внутренней структуры.
-Хорошая изоляция для предотвращения короткого замыкания.

Как циркониевая керамика решает болевые точки отрасли
Жидкие электролиты огнеопасны и взрывоопасны: твердые электролиты заменяют их для повышения безопасности
Плохая устойчивость мембраны к высоким температурам: Керамическая мембрана устойчива к высоким температурам и предотвращает тепловой выброс
Быстрая деградация электродных материалов: защита покрытия, увеличение срока службы
Металлические детали подвержены коррозии: керамические оболочки устойчивы к химической коррозии
Риск проникновения дендритов лития: Керамическая мембрана высокой твердости блокирует проникновение дендритов

Благодаря высокой механической прочности, химической стабильности, устойчивости к высоким температурам и контролируемой ионной проводимости циркониевая керамика обладает значительными преимуществами в таких ключевых компонентах аккумуляторов, как твердые электролиты, сепараторы, электродные покрытия и оболочки. Это не только решает проблемы безопасности и срока службы традиционных батарей, но и обеспечивает ключевую материальную поддержку для разработки батарей следующего поколения с высокой плотностью энергии, таких как все твердотельные батареи.

Керамика Brudeze поставляет и продает широкий ассортимент высококачественного кварцевого стекла, включая глиноземистую керамику, циркониевую керамику, керамику из нитрида кремния, керамику из нитрида алюминия, керамику из карбида кремния, керамику из карбида бора, биокерамику, обрабатываемую керамику и т.д. Мы можем удовлетворить требования заказчика к различным керамическим изделиям.