من 24 إلى 26 أغسطس، انعقد منتدى قمة الطاقة المحايدة للكربون والمؤتمر الدولي الثالث لتكنولوجيا تخزين الطاقة الجديدة وتطبيقات الهندسة في الصين ومنتدى العلماء الشباب لتكنولوجيا تخزين الطاقة الجديدة في شنتشن تحت إشراف لجنة التنمية والإصلاح في شنتشن، وبتنظيم مشترك من قبل جمعية صناعة الطاقة الكيميائية والفيزيائية الصينية ومعهد أبحاث الطاقة المحايدة للكربون بجامعة جنوب العلوم والتكنولوجيا، وبدعم من أكثر من 100 مؤسسة. وكان موضوع المؤتمر هو "تطوير إنتاجية جديدة وتعزيز التنمية عالية الجودة لصناعة تخزين الطاقة".
وقد دعا منظمو المؤتمر 6 أكاديميين و100 خبير صناعي لإجراء مناقشات معمقة وتبادلات في 12 جلسة خاصة، بما في ذلك حلول تكامل نظام تخزين الطاقة الجديد، وتكنولوجيا وتطبيقات تخزين الطاقة على المدى الطويل، ومحطات الطاقة الافتراضية، وتخزين الطاقة الصناعية والتجارية، وبطاريات تخزين الطاقة الجديدة، وأسواق تخزين الطاقة والكهرباء الجديدة، والشبكات الذكية الصغيرة، وتعزيز معايير تخزين الطاقة، ومنتدى العلماء الشباب لتكنولوجيا تخزين الطاقة الجديدة.
في صباح يوم 25 أغسطس، تمت دعوة الأستاذ نينج شياوهوي من كلية علوم وهندسة المواد بجامعة شيان جياوتونغ لإلقاء خطاب رئيسي في "الجلسة الخاصة لبطاريات تخزين الطاقة الجديدة". وكان عنوان التقرير "التقدم في تكنولوجيا بطاريات تخزين الطاقة المعدنية السائلة الجديدة".
صباح الخير للجميع! أنا نينغ شياوهوي من جامعة شيآن جياوتونغ. بالمقارنة مع بطارية أيون الصوديوم التي تحدث عنها البروفيسور كاو للتو وبطارية التدفق التي قدمها البروفيسور يان، فإن تقنيتنا متخصصة للغاية. يطلق عليها نوع جديد من بطارية تخزين الطاقة المعدنية السائلة. يتم تعريف شيءنا بدقة أكبر على أنه معدن سائل. تختلف هذه البطارية عن بطارية ليثيوم أيون وبطارية التدفق وبطارية أيون الصوديوم المستخدمة في هاتفك المحمول. إنها بطارية عالية الحرارة. شكرًا جزيلاً على الفرصة لتقديم تقدم مجموعة البحث لدينا في هذا المجال.
لقد قدم جميع المعلمين الخلفية والأهمية الآن. النقطة الرئيسية هي أن أهداف ذروة الكربون الحالية والحياد الكربوني تتطلب منا تحويل هيكل الطاقة لدينا. من هيكل الطاقة الحالي الذي تهيمن عليه الطاقة الأحفورية إلى الهيكل المستقبلي الذي تهيمن عليه الطاقة الجديدة. هذا التحول أكثر تطلبًا لنظام شبكة الطاقة، لأن شبكة الطاقة الحالية لدينا تعتمد على الطاقة الحرارية، بما في ذلك الطاقة الكهرومائية والطاقة النووية. هذه المصادر الثلاثة للطاقة مستقرة للغاية ويمكن التحكم فيها لتوليد الكهرباء. من ناحية استهلاك الطاقة، فإن قوانين استهلاك الطاقة في مصانعنا ومنازلنا قابلة للتنفيذ. الآن يمكننا تلبية التوازن الديناميكي بالكامل بين جانب توليد الطاقة وجانب استهلاك الطاقة من خلال شبكة الدولة وشبكة الطاقة الجنوبية، والنقل والتوزيع على نطاق واسع وقدرات الإرسال على نطاق واسع. ولكن في المستقبل، يتعين علينا تحويل هيكل الطاقة لدينا. يجب إضافة طاقة الرياح والطاقة الكهروضوئية إلى جانب توليد الطاقة. يعلم الجميع أن هذه الطاقة متقلبة وعشوائية للغاية. لذلك بعد إضافته إلى جانب توليد الطاقة، سيتقلب هذا الجانب أيضًا بشكل كبير، ومع التغييرات المتزايدة في جانب المستخدم من جانب استهلاك الطاقة في الشبكة الصغيرة مثل المركبات الكهربائية والطاقة الجديدة، ستصبح العشوائية وعدم القدرة على التحكم في جانب المستخدم أكثر صعوبة. في هذه الحالة، تعد تقنية تخزين الطاقة على نطاق واسع مهمة جدًا بالنسبة لنا.
كما ترون، في خطة تنفيذ تطوير تخزين الطاقة الجديدة "الخطة الخمسية الرابعة عشرة"، أعلنت لجنة التنمية والإصلاح الوطنية ومكتب الطاقة بوضوح أيضًا أنهم يأملون في بناء نظام مبتكر جديد لتخزين الطاقة الجديدة وزيادة تطوير التقنيات المتنوعة. في هذا السياق، لا يوجد مجال كبير للبقاء لتكنولوجيا تخزين الطاقة المتخصصة لدينا.
إذا أردنا أن نصنع بطاريات تخزين الطاقة، فيتعين علينا أن نبتكر بعض الأنظمة الأكثر ابتكاراً وأن نتخلى عن بعض أفكار التصميم السابقة. ويتعين علينا أن نجد بعض أنظمة المواد الجديدة للأقطاب الكهربائية وأن نصمم بعض هياكل البطاريات الجديدة قبل أن نتمكن من التوصل إلى بعض تقنيات تخزين الطاقة الجديدة.
كان أستاذي السابق في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، البروفيسور سادواي، يعمل في علم المعادن، وكان مفتونًا بخلايا التحليل الكهربائي للألمنيوم. كان المعدن الموجود على تاج نابليون مصنوعًا من الألومنيوم، وكذلك المعدن الموجود على طرف نصب واشنطن التذكاري. كان الألومنيوم باهظ الثمن في ذلك الوقت، ولكن بعد إنتاجه من خلال التحليل الكهربائي، أصبح الألومنيوم رخيصًا جدًا ودخل آلاف المنازل، لذلك كان مفتونًا بتقنية التحليل الكهربائي للألمنيوم.
عملية التحليل الكهربائي هي العملية العكسية للبطاريات التي نستخدمها الآن. تحول عملية التحليل الكهربائي لدينا بشكل أساسي الطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية، بينما تحول البطاريات الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية. يتم استخدام مبدأ التحليل الكهربائي عند شحن البطاريات. خلية التحليل الكهربائي للألمنيوم كبيرة جدًا، يبلغ طولها مئات الأمتار، وتستهلك الكثير من الكهرباء. إنها عبارة عن نظام 500،000 أمبير 4 فولت، وتستهلك الكثير من الكهرباء كل يوم. في ذلك الوقت، كانت إحدى أفكارنا الأساسية هي عكس عملية التحليل الكهربائي وتحويل الأشياء المستهلكة للكهرباء إلى أشياء تخزين الكهرباء، وتحويلها إلى بطارية ضخمة لتخزين الطاقة. كيف نفعل ذلك؟ فكرنا في عملية تنقية التحليل الكهربائي للألمنيوم، وهي عملية التكرير الكهروكيميائي من الألومنيوم الخام إلى الألومنيوم المكرر، باستخدام بنية سائلة ثلاثية الطبقات، الجزء السفلي هو الألومنيوم الخام، والإلكتروليت في المنتصف هو نظام ملح منصهر، مشابه لملح الطعام الذي نراه في الحياة اليومية. هذا الشيء سوف يذوب عند درجة حرارة عالية ويصبح سائلًا يشبه الماء، والذي يمكنه توصيل الأيونات، لذا فإن الإلكتروليت عبارة عن ملح منصهر، ويمكن الحصول على مادة الألومنيوم المكررة في الأعلى. لماذا يمكن إنشاء ثلاث طبقات من المواد السائلة؟ نظرًا لأن كثافات هذه المواد الثلاث مختلفة، فهي تنقسم بشكل طبيعي إلى ثلاث طبقات: علوية ووسطى وسفلية. علاوة على ذلك، تعمل عملية التحليل الكهربائي عند درجة حرارة عالية ويمكنها تمرير تيارات كبيرة.
مع هذه الأفكار، تساءلنا عما إذا كان بإمكاننا استخدام مبدأ التكرير الكهربائي للألمنيوم لتصميم بطارية سائلة ثلاثية الطبقات، بطارية معدنية سائلة. المواد الثلاث للبطارية المعدنية السائلة، القطب الموجب، مادة القطب السالب ومادة الإلكتروليت، لها كثافات مختلفة، لذلك يمكن تقسيمها بشكل طبيعي إلى ثلاث طبقات: علوية ووسطى وسفلية. أخف معدن في الأعلى، وهو القطب السالب للبطارية، والمعدن ذو الكثافة الأعلى في الأسفل، وهو القطب الموجب للبطارية. في المنتصف يوجد نظام الملح المنصهر. عندما يتم تفريغ البطارية، يتحول القطب السالب إلى أيونات، وينتشر إلى سطح القطب الموجب من خلال الملح المنصهر للإلكتروليت، ويشكل سبيكة؛ الشحن هو العملية العكسية. أثناء عملية الشحن والتفريغ، يكون التغيير في حجم مادة القطب السائل فقط، ولا توجد مشكلة في بنية المادة الصلبة أو انهيار بنية المادة. لذلك من الناحية النظرية، يمكن أن تكون دورة حياتها طويلة جدًا. تستخدم المعادن السائلة معادن رخيصة نسبيًا ذات احتياطيات وفيرة نسبيًا، وبالتالي فإن التكلفة منخفضة نسبيًا. في الوقت نفسه، يتكون الإلكتروليت الموجود في المنتصف من ملح منصهر غير عضوي، والذي لا يتطلب غشاءً وله تكلفة منخفضة نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع بموصلية أيونية عالية جدًا في درجات الحرارة العالية. علاوة على ذلك، فإن بنية السائل ثلاثية الطبقات بسيطة للغاية عندما يتم تصنيع البطارية أكبر، لذلك من السهل جدًا صنع خلايا مفردة بمئات الأمبير في الساعة. يمكن لمختبرنا صنع خلايا بطارية بسعة تزيد عن 200 أمبير في الساعة. المشكلة الوحيدة هي أنها نظام عالي الحرارة، لذلك يجب تسخينها عند تشغيلها لأول مرة. ومع ذلك، بعد تكديس البطاريات والقيام بعمل أفضل للعزل، سيتم توليد كمية كبيرة من الحرارة أثناء عملية الشحن والتفريغ، مما يمكن أن يحقق توازنًا ديناميكيًا مع فقدان الحرارة، بما يكفي للحفاظ على تشغيل بطارية المعدن السائل عند درجة حرارة عالية، لذلك يمكن تحويلها إلى نظام تسخين ذاتي.
كما ترى من الصورة هنا، من أجل جعل الجميع يفهمون مفهوم بطارية المعدن السائل بشكل أكثر وضوحًا، قمنا ببناء عرض توضيحي لبطارية سائلة بدرجة حرارة الغرفة في المختبر. بالطبع، لا يمكن استخدامها عمليًا لأن قطبها الموجب يستخدم معدن الزئبق السام. لقد قمنا ببناء هذه البطارية حتى يتمكن الجميع من رؤية هيكل السائل ثلاثي الطبقات بشكل أكثر وضوحًا. تحتوي هذه البطارية على جهد ويمكن شحنها وتفريغها بسهولة، لكن الأداء ليس أفضل من أداء بطارية التشغيل الفعلية عالية الحرارة. إنه فقط للسماح للجميع بفهم مفهوم السائل ثلاثي الطبقات.
ونمو الشجيرات الشجرية أثناء دورة البطارية. نظرًا لأنه سائل، فلا يوجد إجهاد أثناء عملية الشحن والتفريغ، لذلك لن يكون هناك تفتيت بدون إجهاد. في الوقت نفسه، تكون الواجهة بين المعدن السائل والإلكتروليت السائل عبارة عن واجهة سائل-سائل ذات اتصال جيد جدًا، وبالتالي حل مشكلة واجهة الاتصال بين القطب الصلب والإلكتروليت.
تتمتع بطاريات المعدن السائل أيضًا ببعض المزايا. نظرًا لأن بنية السائل ثلاثية الطبقات يتم ترتيبها تلقائيًا بناءً على كثافات المواد المختلفة، فإن بنية البطارية بالكامل بسيطة للغاية ويسهل جدًا تكبيرها. يمكن لمختبرنا صنع بطاريات بسعة 200 أمبير ساعة أو 300 أمبير ساعة أو حتى 500 أو 600 أمبير ساعة. والثاني هو أن الأقطاب الكهربائية السائلة لا تحتوي على بعض التغييرات في بنية القطب الصلب التي تسبب تدهور سعة البطارية. بالمقارنة مع بطارياتنا ذات الحالة الصلبة، بعد دورات طويلة، ينهار هيكل مادة القطب ويسبب تدهور السعة. لا توجد هذه المشكلة في نظامنا، لذلك تتمتع بطاريتنا بعمر خدمة طويل نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك، فإن ملح المنصهر المنحل بالكهرباء في المنتصف لديه تقنية تخزين الحرارة في تقنية تخزين الطاقة. يتم استخدام ملح المنصهر نفسه كمواد تخزين الحرارة. بعد توليد الحرارة، إذا حدث ماس كهربائي للبطارية وتولد حرارة، فسيتم امتصاصها بواسطة ملح المنصهر، ولن يكون هناك خطر نشوب حريق أو انفجار. وفي الوقت نفسه، لا يتطلب الأمر أي حجاب حاجز، وبالتالي تكون التكلفة منخفضة نسبيًا.
وتقترح "الخطة الخمسية الرابعة عشرة لتطوير تخزين الطاقة الجديدة" أيضًا استخدام بطاريات المعدن السائل كتكنولوجيا جديدة واتجاه يجب معالجته في المستقبل، وتأمل أن يتم تطبيقها في مجال تخزين الطاقة في المستقبل.
فيما يلي مقدمة عن التقدم الذي أحرزته مجموعتنا البحثية في أنظمة مواد البطاريات، بما في ذلك الخلايا الفردية وأنظمة تخزين الطاقة. وهذه بعض نتائج أبحاثنا حول تصميم أنظمة مواد البطاريات المعدنية السائلة.
كما نعلم جميعًا، فإن الطريقة الأكثر أساسية لاختيار المواد هي العودة إلى الجدول الدوري. نظرًا لأن بطاريتنا تحتاج إلى جهد معين، فيجب أن يكون القطب السالب مصنوعًا من معدن أخف وزنًا. نحن نبحث عن المعادن القلوية والمعادن القلوية الترابية في الجدول الدوري، والتي تكون خفيفة نسبيًا ولها نشاط معين. يجب أن يكون القطب الموجب مصنوعًا من شيء ذو كثافة أثقل ونقطة انصهار أقل، لذلك يقع نطاقنا في العناصر المعدنية ذات الخصائص غير المعدنية الأقوى، والتي تعد الخطوة بين العناصر المعدنية والعناصر غير المعدنية.
بشكل عام، ينتقل تصميم أنظمة مواد الأقطاب الكهربائية من البسيط إلى المعقد، لذلك قمنا في البداية ببناء نظام بسيط نسبيًا. العنصر المعدني المستخدم للقطب السالب هو الليثيوم، الذي تبلغ نقطة انصهاره حوالي 180 درجة مئوية. القطب الموجب هو البزموت، الذي تبلغ نقطة انصهاره أكثر من 270 درجة. الملح المنصهر في المنتصف هو الليثيوم، الذي تبلغ نقطة انصهاره حوالي 400 درجة مئوية. لذلك، إذا كانت بطاريتنا تعمل عند 500 درجة مئوية، فهي عبارة عن هيكل سائل ثلاثي الطبقات.
لقد اكتشفنا آلية مثيرة للاهتمام في نظام بطارية الليثيوم / البزموت المعدنية السائلة. لقد اعتقدنا في البداية أن القطب يظل دائمًا في حالة سائلة أثناء عملية الشحن والتفريغ، ولكن في الواقع فإن القطب الموجب ليس كذلك. يظل القطب السالب دائمًا في حالة سائلة، ولكن أثناء عملية التفريغ على جانب القطب الموجب، سيتم إنشاء بعض المركبات المعدنية ذات الطور الصلب في منتصف عملية التفريغ. لكن هذه المرحلة الصلبة موجودة فقط أثناء عملية التفريغ، وستعود إلى الطور السائل عند الشحن. بعبارة أخرى، القطب الموجب قابل للشفاء بالفعل. سيتم إنشاء مرحلة صلبة أثناء التفريغ، لكن المرحلة الصلبة تختفي أثناء الشحن، وستعود إلى بنية سائلة ثلاثية الطبقات أثناء الشحن.
كيف تبدو بطاريتنا الفعلية؟ إنها الصورة الموجودة في الزاوية اليمنى السفلية (انظر PPT). وهي مختلفة عن البطاريات التي تراها الآن. فهي أكبر وأثقل وزنًا، وتستخدم غلافًا من الفولاذ المقاوم للصدأ. في هذا النظام، تأكدنا من استقرار البطاريات بسعات مختلفة. أصغر بطارية صغيرة جدًا، بقطر 1.3 سم في أقصى اليمين، وسعتها حوالي بضع مئات من مللي أمبير في الساعة. أكبرها يبلغ قطرها حوالي 15 سم، وقد حققنا سعة 143 أمبير في الساعة. لقد قمنا بتشغيلها لمدة 300 دورة دون أن نرى أي انخفاض في السعة.
على الرغم من أن هذا النظام يعمل بشكل جيد، إلا أن المقاومة الداخلية كبيرة نسبيًا، والواجهة بين القطب والإلكتروليت غير متوازنة بعض الشيء. اكتشفنا لاحقًا أنه نظرًا لأن علبة البطارية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ، فإن المعدن السائل Bi لا يبلل الفولاذ المقاوم للصدأ تمامًا، وبالتالي فإن المقاومة الداخلية كبيرة نسبيًا. لتحسين قابلية البلل، أضفنا كمية صغيرة جدًا من عنصر Se إلى Bi. بعد إضافة عنصر Se، يتم ترطيب القطب الموجب والفولاذ المقاوم للصدأ تمامًا، مما يقلل من المقاومة الداخلية للبطارية. لذلك صنعنا بطارية بسعة 20 أمبير ساعة، وقمنا بتشغيلها لمدة 1200 دورة، ووصل معدل الاحتفاظ بالسعة إلى 98.4٪.
ثم وجدنا أن جهد بطارية Li|Bi منخفض نسبيًا، لذلك فكرنا فيما إذا كان بإمكاننا إضافة عنصر سبيكة Sb إلى القطب الموجب. جهد Sb أعلى من Bi، لكن نقطة الانصهار أعلى أيضًا، حيث تصل إلى أكثر من 600 درجة، لذلك قمنا بخلط Bi وSb، بحيث يمكن خفض نقطة الانصهار ويمكن أن يكون الجهد أعلى. بعد إضافة Sb، يمكننا أن نرى أن منصة جهد التفريغ قد تحسنت. بهذه الطريقة، صنعنا بطارية بسعة 5 أمبير في الساعة وقمنا بتشغيلها لأكثر من 160 دورة دون أي تسوس في السعة.
لكن المشكلة مع هذا القطب الموجب BiSb هي أن أداءه عالي المعدل ليس جيدًا. نريد أن نعرف ما إذا كان بإمكاننا تحسين أداءه عالي المعدل. دعنا نلقي نظرة على عنصر Te في الجدول الدوري. Te باهظ الثمن نسبيًا، لذلك نستخدمه أيضًا كعنصر مضاف. بعد إضافة القليل، يختلف جهد تفريغ Te كثيرًا عن جهد تفريغ Bi وSb. لذلك نسمح أولاً لـ Te بتكوين بعض المراحل الصلبة على السطح. أثناء التفريغ، بسبب الإجهاد الناتج أثناء تكوين سبيكة متعددة المكونات للقطب الموجب، يمكن الضغط على العديد من الشقوق في طبقة الطور الصلب من Te، بحيث قمنا بزيادة القنوات بشكل غير مرئي للعديد من أيونات الليثيوم. بعد أن أضفنا القليل من Te، وجدنا أن أداء معدل البطارية قد تحسن أيضًا. عندما انتقلنا من 100 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع إلى 1000 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع، كان الفقدان القابل للعكس للسعة صغيرًا جدًا.
وجدنا أن إضافة عناصر السبائك إلى القطب الموجب يمكن أن يحسن أداء البطارية إلى حد محدود، ولكن إذا اعتمدنا فقط على خبرتنا أو التجربة والخطأ، فإن تكاليف الوقت والمال مرتفعة نسبيًا، لذلك تساءلنا عما إذا كان بإمكاننا استخدام تقنية الذكاء الاصطناعي. لذلك استخدمنا بعض أساليب التعلم الآلي، وقمنا ببناء قاعدة بيانات. من خلال التعلم الآلي، تمكنا من تصميم أقطاب موجبة من السبائك متعددة العناصر. لقد صممنا قطبًا موجبًا من سبيكة رباعية من خلال التعلم الآلي وحققنا تحسينات في الأداء. في الوقت نفسه، استخدم نظام الأقطاب الكهربائية السابق لدينا الليثيوم كقطب سالب، ولكن الليثيوم مكلف نسبيًا، لذلك صممنا قطبًا سالبًا من سبيكة الكالسيوم، والذي دار بشكل مستقر لمدة 500 دورة دون أي فقدان للسعة. وجدنا أن استخدام التعلم الآلي يمكن أن يساعدنا بالفعل في تصميم أنظمة مواد الأقطاب الكهربائية، مما يوفر الكثير من الوقت والتكلفة.
بالإضافة إلى البحث في نظام مادة القطب الكهربائي لبطاريات المعدن السائل، قمنا أيضًا بتصميم وتحسين مونومرات بطارية المعدن السائل. لقد صنعنا أولاً بعض البطاريات الصغيرة، لأننا كنا نفعل ذلك في المختبر وكان من المستحيل اختبارها لعدة سنوات. لذلك صنعنا بطارية معدنية سائلة بقوة 5 أمبير في الساعة، والتي تم اختبارها عند تيار تفريغ 15 أمبير. كان تيار الشحن والتفريغ 15 أمبير، وشحن عميق 100٪ وتفريغ عميق، ومعدل 3C. عملت هذه البطارية لأكثر من 4100 دورة، وكانت سعة التفريغ حوالي 4.92 أمبير في الساعة، وبلغ معدل استخدام المواد 98.4٪، وكانت الكفاءة الكولومبية 99.52٪.
لقد صنعنا أيضًا بطارية ذات سعة أكبر، 200 أمبير في الساعة. نظرًا للحدود المفروضة على معدات الشحن والتفريغ الحالية في المختبر، لا يمكننا الشحن والتفريغ إلا بتيار 50 أمبير، 0.25C، كما نقوم أيضًا بالشحن والتفريغ بعمق 100%. يمكن أن تصل سعة التفريغ إلى 199.4 أمبير في الساعة، ويمكن أن يصل معدل استخدام المواد إلى 96.79%. لقد كانت تعمل بثبات لأكثر من 700 دورة، لمدة تسعة أشهر، ولم يتم العثور على أي تدهور واضح في السعة، مما يثبت حقًا أن بطارية المعدن السائل لدينا تتمتع بثبات جيد للدورة.
هناك نقطة أخرى يهتم بها الناس أكثر مع بطاريات المعدن السائل وهي ما يحدث إذا تم خلط الطبقات الثلاث من السائل معًا أو تم قلب البطارية ، لذلك أخذنا بطارية 200 أمبير في الساعة للاختبار ووضعناها على طاولة تسخين دوارة. نظرًا لأن بطاريتنا تعمل في درجات حرارة عالية ، إذا أردنا اختبارها ، فنحن بحاجة إلى الاحتفاظ بها في نظام درجة حرارة عالية يمكن أن تدور. عندما نميلها إلى 31.9 درجة ، لا يزال هيكل السائل المكون من ثلاث طبقات للبطارية محفوظًا ، لذلك لا يزال بإمكان البطارية الشحن والتفريغ بشكل طبيعي ، ولكن إذا تم قلبها رأسًا على عقب تمامًا وتحويلها إلى 90 درجة ، فسيتم قصر القطبين الموجب والسالب واختلاطهما معًا ، وسيتم توليد الحرارة في هذا الوقت. قمنا أيضًا بقياس المنحنيات الأرجوانية والصفراء في الزاوية اليمنى السفلية. يتم توصيل هذين الثرموكوبلين بجدار البطارية ، ويمكننا قياس زيادة درجة حرارة البطارية بعد قسم من الدائرة ، من 550 درجة مئوية إلى 590 درجة مئوية ، أي حوالي 45 درجة مئوية. وهذا يعني أن نظام الملح المنصهر يمتص كمية كبيرة من الحرارة المتولدة، وبالتالي لا توجد إمكانية جوهرية لحدوث أي تغويز أو انفجار.
في الوقت نفسه، إذا تم استخدام بطارياتنا في مواقف تخزين الطاقة الفعلية في المستقبل، فقد تواجه بعض المواقف المتطرفة، مثل الزلازل. لذلك أجرينا أيضًا بعض اختبارات السلامة عند تردد زلزال 20 هرتز، بما في ذلك بعض الاهتزازات الرأسية والاهتزازات الأفقية. في هذه الحالة، تكون النتوءات على منحنى البطارية ناتجة عن اهتزاز موضع الأسلاك، ولكن يمكن للبطارية أن تعمل بشكل طبيعي أثناء الاهتزاز الرأسي. كان هناك ماس كهربائي قصير أثناء الاهتزاز الأفقي، ولكن عندما توقف اهتزاز البطارية، توقفت البطارية عن العمل ووقفت ساكنة لفترة من الوقت، ومن ثم يمكن شحن البطارية وتفريغها بشكل طبيعي مرة أخرى. وهذا يثبت أنه عند هذا المستوى، فإن تردد الزلزال 20 هرتز 10 هرتز ليس له تأثير كبير على البطارية.
خلال الخطة الخمسية الثالثة عشرة، قمنا بتنفيذ مشاريع بحث وتطوير رئيسية وصنعنا مجموعة بطاريات. في هذه العملية، تغلبنا أولاً على المشاكل الرئيسية في النظام، مثل اتساق البطارية. قمنا بتحسين بنية البطارية والمكونات وعملية التجميع والمعلمات الهيكلية وما إلى ذلك، وحسننا اتساق البطارية. الفرق في سعة البطارية الذي يزيد عن 20 أمبير ساعة أقل من 2 أمبير ساعة، والفرق في المقاومة الداخلية أقل من 2 ملي أوم. اتساق البطارية مرتفع نسبيًا. يمكن للخلية المفردة 0.2C تحقيق متوسط كفاءة طاقة يزيد عن 86٪.
نظرًا لأن جهد بطارية المعدن السائل لدينا منخفض نسبيًا، على عكس بطاريات الليثيوم والصوديوم الحالية، يتعين علينا أيضًا تصميم نظام إدارة البطارية الخاص بنا. لذلك، بناءً على خصائص التيار الكبير والجهد المنخفض، قمنا بتصميم نظام موازنة من طبقتين. بعد الموازنة، يكون اتساق بطاريتنا مرتفعًا جدًا، مع فرق جهد يبلغ 40.6 مللي فولت وتيار موازنة يبلغ 1.4 أمبير.
على هذا الأساس، نحتاج أيضًا إلى ربط وحدة التسخين. نظرًا لأننا بطارية ذات درجة حرارة عالية، فإننا نستخدم مبدأ الحمل الحراري للهواء الساخن في النظام لتصميم التدفئة، ونتخذ أيضًا احتياطات ضد ارتفاع درجة الحرارة. في الشكل الموجود في الزاوية اليمنى السفلية، يمكننا أن نرى أنه بعد توصيل حوالي اثنتي عشرة بطارية على التوالي، يتم تشغيلها بمعدل 0.5C. المنحنى الأزرق هو تيار الطاقة الخارجية. يمكن ملاحظة أنه عند التشغيل بسرعة 0.5C، تكون الحرارة التي تولدها هذه البطارية كافية لتشغيل البطارية بمفردها. إنها 500 درجة مئوية بمفردها، لذلك ليست هناك حاجة للتدفئة الخارجية، ويمكن تحقيق التسخين الذاتي. بالطبع، لا تزال هذه البطارية بحاجة إلينا لإعطائها بعض الحرارة عند تشغيلها لأول مرة، ولكن ليس من الضروري ذلك أثناء التشغيل العادي.
وعلى هذا الأساس، تعاوننا مع البروفيسور جيانغ كاي من جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا لبناء نموذج اقتران نقل الحرارة ثلاثي الأبعاد لبطاريات المعدن السائل، واقترحنا استراتيجية لتنظيم خصائص خدمة الاقتران الكهربائي الحراري، وحققنا نظام إدارة فعال للبطارية متعدد المستويات، وبنينا أول نظام بطارية معدنية سائلة قائم على الليثيوم بقدرة 5 كيلو وات و30 كيلو وات في الساعة في البلاد، والذي اجتاز أيضًا اختبارات الطرف الثالث.
على هذا الأساس، قمنا بتجميع التكنولوجيا على مر السنين. في يونيو 2023، تم تأسيس شركة Henghui Keyuan (Xi'an) New Energy Technology Co.، Ltd. في شيآن، مخصصة لتعزيز تصنيع تكنولوجيا بطاريات المعدن السائل. تلقت الجولة الملائكية عشرات الملايين من التمويل من Jiangyuan Investment. نرحب بالخبراء والمعلمين للحضور إلى شيآن لتوجيه عملنا.