Պղնձի-նիկելի երկմետաղային կոմպոզիտներ նոր էներգիայի մարտկոցների միացման համակարգերում

Համառոտ. Քանի որ նոր էներգիայի մեքենաները (NEVs) և էներգիայի պահեստավորման լայնածավալ համակարգերը (ESS) արագ զարգանում են, էներգիայի մարտկոցների մոդուլները բախվում են բարձր հոսանքի փոխանցման, ջերմային կառավարման և կապի հուսալիության ավելի խիստ պահանջների: Ավանդական մեկ մետաղյա միացման նյութերը (օրինակ՝ մաքուր նիկելը կամ մաքուր պղինձը) պայքարում են՝ բավարարելու բարձր էներգիայի խտության մարտկոցների փաթեթների համապարփակ կատարողական պահանջները: Այս փաստաթուղթը համակարգված կերպով ուսումնասիրում է միկրոսկոպիկ միջերեսային բնութագրերը, էլեկտրաջերմային ֆիզիկական հատկությունները և պղնձի-նիկելի բիմետալային կոմպոզիտների կիրառման առավելությունները բազմաբջջային մարտկոցների հավաքման մեջ: Հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ պղնձի-նիկելային կոմպոզիտային շերտերն ու շղթաները, որոնք արտադրվում են գլանափաթեթների երեսպատման և դրոշմման առաջադեմ պրոցեսների միջոցով, հասնում են հիանալի մետալուրգիական կապի: Նրանք զգալիորեն նվազեցնում են համակարգի ներքին դիմադրությունը՝ միաժամանակ կատարելապես լուծելով բարձր արտացոլող նյութերի հետ կապված եռակցման խնդիրները՝ ապահովելով նյութի մակարդակի իդեալական լուծում մարտկոցների կառուցվածքային կայունության և անվտանգության համար:

1. Ներածություն

Լիթիում-իոնային մարտկոցների մոդուլների հավաքման ժամանակ բջիջների միջև սերիական և զուգահեռ կապերը կարևոր գործոններ են, որոնք որոշում են ամբողջ համակարգի հզորությունը և անվտանգությունը: Ներկայումս արդյունաբերության հիմնական միացման նյութերը բախվում են հետևյալ տեխնիկական խոչընդոտների.

• Մաքուր նիկել. Չնայած այն պարծենում է գերազանց օքսիդացման դիմադրությամբ և կետային/լազերային եռակցման ակնառու կատարողականությամբ, դրա էլեկտրական դիմադրողականությունը համեմատաբար բարձր է: Բարձր հոսանքի լիցքավորման/լիցքաթափման պայմաններում մաքուր նիկելային միակցիչները առաջացնում են զգալի Ջոուլ ջեռուցում, ինչը հանգեցնում է ոչ միայն էներգիայի կորստի, այլև ջերմային արտահոսքի բարձր ռիսկի:

• Մաքուր պղինձ. Ունի չափազանց ցածր էլեկտրական դիմադրողականություն և բարձր ջերմային հաղորդունակություն: Այնուամենայնիվ, պղինձն ունի լազերային կլանման շատ ցածր արագություն (ինֆրակարմիր սպեկտրում) և հակված է «էլեկտրոդի կպչուն» և կեղծ եռակցման ավանդական դիմադրողական կետային եռակցման ժամանակ: Սա հանգեցնում է վերամշակման ցածր եկամտաբերությանը, ինչը դժվարացնում է ուղղակիորեն կիրառումը լայնածավալ ավտոմատացված արտադրական գծերում:

Այս մեկ մետաղական նյութերի ֆիզիկական սահմանափակումները ճեղքելու համար պղնձի-նիկելի բիմետալային կոմպոզիտները հայտնվել են որպես հետազոտական ​​թեժ կետ և հիմնական արդյունաբերական կիրառություն մարտկոցների միացման նյութերի ոլորտում:

2. Միկրոկառուցվածք և միջերեսային մետալուրգիական կապ

Պղինձ-նիկելային կոմպոզիտների հիմնական տեխնոլոգիան կայանում է երկու մետաղական միջերեսների միացման որակի մեջ: Ժամանակակից, բարձրորակ պղինձ-նիկելային կոմպոզիտային շերտերը սովորաբար արտադրվում են սառը գլանափաթեթավորման կամ տաք գլանման տեխնիկայի միջոցով:

Սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակի (SEM) պայմաններում բարձրորակ պղնձի-նիկելային կոմպոզիտների միջերեսը ցուցադրում է խիտ, դատարկ բնութագիր: Քանի որ և՛ պղնձը (Cu), և՛ նիկելը (Ni) ունեն դեմքի կենտրոնացված խորանարդ (FCC) բյուրեղյա վանդակներ և շատ նման ատոմային շառավիղներ, երկու մետաղների ատոմները միջերես են տարածվում երեսպատման գործընթացի ճնշման և ջերմային մշակման ներքո՝ ձևավորելով չափազանց բարակ պինդ լուծույթի անցումային շերտ: Այս մետալուրգիական կապը ոչ միայն նյութին օժտում է չափազանց բարձր միջշերտային կեղևի ուժով, որն արդյունավետորեն կանխում է շերտազատումը հետագա դրոշմման և ճկման գործընթացների ժամանակ, այլ նաև ապահովում է, որ էլեկտրոնների միջերեսով անցում կատարելիս լրացուցիչ կոնտակտային դիմադրություն չստեղծվի (այսինքն՝ հասնելով լավ օհմիկ շփման):

3. Հիմնական ֆիզիկական հատկությունների վերլուծություն

3.1 Բարձր ընթացիկ հզորություն և ցածր ներքին դիմադրություն

Պղինձ-նիկելային երկմետալային կառուցվածքում մաքուր պղնձի հիմքի շերտը, որը կազմում է հաստության ավելի մեծ մասնաբաժինը, ստանձնում է ընթացիկ տեղափոխման առաջադրանքի ավելի քան 85%-ը: Նույն չափերի մաքուր նիկելի ներդիրների համեմատ, կոմպոզիտային կառուցվածքի ընդունումը կարող է նվազեցնել միակցիչի ընդհանուր ներքին դիմադրությունը ավելի քան 60% -ով: Այս չափազանց ցածր ներքին դիմադրության հատկանիշը մեծապես բարձրացնում է մարտկոցի մոդուլի լիցքավորման և լիցքաթափման C մակարդակի կատարումը և արդյունավետորեն նվազեցնում գծերի կորուստները:

3.2 Բարձրագույն ջերմային կառավարում

Էլեկտրաէներգիայի մարտկոցների փաթեթներում ջերմության կուտակումը անվտանգության վթարներ առաջացնող հիմնական գործոնն է: Պղինձ-նիկել երկմետաղական շղթան օգտագործում է պղնձի բարձր ջերմային հաղորդունակությունը՝ արագորեն վարելու և ցրելու տեղայնացված ջերմությունը, որը առաջանում է բջջային տերմինալների կողմից՝ լիցքավորման և լիցքաթափման ընթացքում ամբողջ կառուցվածքային մակերեսով: Մարտկոցի փաթեթի հեղուկ կամ օդային հովացման համակարգերի հետ համատեղ՝ սա զգալիորեն նվազեցնում է մոդուլի առավելագույն ջերմաստիճանի և ջերմաստիճանի տարբերությունները:

3.3 Եռակցման և մշակման արդյունավետություն

Ճշգրիտ ծածկված տեղայնացված նիկելի շերտը լիովին լուծում է մաքուր պղնձի եռակցման դժվարությունները: Նիկելի շերտը կարող է կայունորեն կլանել լազերային էներգիան և ապահովել համապատասխան կոնտակտային դիմադրություն դիմադրողական կետային եռակցման ժամանակ՝ եռակցման բեկոր առաջացնելու համար: Փորձարկման տվյալները ցույց են տալիս, որ պղնձի և նիկելի կոմպոզիտների օգտագործումը բջջային կետային եռակցման համար, եռակցման ձգման ուժը զգալիորեն գերազանցում է արդյունաբերության ստանդարտները: Ավելին, եռակցման բծերը հարթ են և առանց ցողման, ինչը զգալիորեն բարելավում է ավտոմատացված արտադրական գծերի բազմանցք մարտկոցների լարերի թողունակությունը:

4. Կիրառումներ ժամանակակից մարտկոցների ճարտարագիտության մեջ

Ելնելով վերը նշված գերազանց համապարփակ կատարողականից, հարմարեցված ճշգրիտ պղնձի-նիկելային բիմետալիկ դրոշմված մասերը լայնորեն կիրառվել են հետևյալ առաջադեմ ոլորտներում.

• Էլեկտրական մեքենաների (EV & HEV) մարտկոցների փաթեթներ. ծառայում են որպես ընթացիկ կոլեկտորներ և ավտոբուսներ բազմաբջջային մոդուլների համար (օրինակ՝ 18650, 21700 և 4680 մեծ գլանաձև բջիջներ), որոնք ապահովում են թրթռման դիմացկուն, բարձր հոսանքի ֆիզիկական միացումներ:

• Էներգիայի պահպանման համակարգեր (ESS). Ապահովում է միացման կայունությունը և չափազանց ցածր ջերմության արտադրությունը երկար կյանքի ցիկլերի ընթացքում բարձր լարման, մեծ հզորությամբ էներգիայի պահեստավորման պահարաններում:

• Light Motive Power և Micro-Mobility (էլեկտրոնային հեծանիվներ և էլեկտրական գործիքներ). Տիեզերական սահմանափակ մարտկոցների փաթեթների համար կոմպակտ և արդյունավետ հաղորդիչ կապի լուծումների ապահովում:

5. Եզրակացություն

Հնարամիտ կառուցվածքային դիզայնի և երեսպատման առաջադեմ գործընթացների միջոցով պղինձ-նիկել երկմետալային կոմպոզիտները հաջողությամբ հասնում են «բարձր էլեկտրական և ջերմային հաղորդունակության» և «բարձր հուսալիության եռակցման» կատարյալ միավորմանը։ մոդուլներ. Ապագայում, գլանափաթեթների ճշգրտության հետագա կատարելագործմամբ և տեղայնացված նիկելի ներդիրով և մասնագիտացված դրոշմման տեխնոլոգիաների հասունացմամբ, պղինձ-նիկել երկմետալային միակցիչները անխուսափելիորեն կխաղան էլ ավելի անփոխարինելի անկյունաքարային դեր համաշխարհային նոր էներգիայի մատակարարման շղթայում: