מדוע ייצור סוללות ליתיום לא יכול להסתדר בלי תיבת כפפות?
לחומרי סוללת ליתיום יש שלושה פחדים: פחד מחמצן, פחד מלחות ופחד מזיהום.
מפחד מחמצן: לחומרי האלקטרודה החיוביים של סוללות ליתיום, כמו ליתיום טריני ותחמוצת ליתיום קובלט, יש תכונות כימיות אקטיביות יחסית ומגיבים כשהם באים במגע עם חמצן. תהליך זה דומה להחלדת מתכת, שבה החמצן שוחק בהדרגה את מבנה חומר האלקטרודה החיובית, מה שגורם לשינויים בסידור האטומי הפנימי שלה ובהרכב הכימי שלה, וכתוצאה מכך ירידה ביעילות התגובה האלקטרוכימית בתוך סוללת הליתיום. כתוצאה מכך יורדת כמות החשמל שסוללת הליתיום יכולה לאגור ולשחרר בזמן טעינה ופריקה, מה שאנו מכנים ירידה בקיבולת סוללת הליתיום. זה משפיע באופן רציני על הביצועים והסיבולת הכוללים של הסוללה.
פחד מלחות: הנשא להובלת יונים בסוללות ליתיום הוא האלקטרוליט, המכיל ממיסים אורגניים ומלחי ליתיום. לחות עלולה לגרום להידרוליזה של מלחי הליתיום באלקטרוליט, וליצור חומרים קורוזיביים כמו חומצה הידרופלואורית. חומרים אלו יאכלו לאט לאט את האלקטרודות ורכיבים אחרים בתוך סוללת הליתיום. עם הזמן, ההתנגדות בתוך סוללת הליתיום עולה בהדרגה, יעילות הטעינה והפריקה יורדת, וחיי השירות של סוללת הליתיום מתקצרים כתוצאה מכך. מה שעוד יותר מסוכן הוא שלאלקטרודת הליתיום השלילית המתכת יש פעילות כימית גבוהה, והיא תעבור תגובה כימית אלימה כשהיא באה במגע עם מים, תשחרר כמות גדולה של גז מימן ותיצור חום גבוה במיוחד. בשטח המצומצם של סוללות ליתיום, קל מאוד לגרום לשריפות, מה שמאיים קשות על הבטיחות האישית ובטיחות הציוד של המשתמשים.
חוששים מזיהום: דרישות הניקיון לאיכות הסביבה בתוך סוללות ליתיום הן כמעט מחמירות, ואפילו חלקיקי אבק זעירים או זיהומים אחרים שמעורבבים פנימה עלולים לגרום לתוצאות חמורות. מכיוון שאבק וזיהומים הם בעיקר מוליכים, כאשר הם נכנסים לסוללת ליתיום, הם עלולים ליצור נתיב מוליך בלתי צפוי בין האלקטרודות החיוביות והשליליות, ולגרום לקצר מקומי בסוללה. ברגע שמתרחש קצר חשמלי, הזרם בתוך הסוללה יגדל באופן מיידי, וייצור כמות גדולה של חום, האיץ את ההזדקנות והנזק של החומרים הפנימיים של הסוללה, ובמקרים חמורים הוא עלול לגרום לבריחה תרמית, מה שיוביל להצתה ולבערה של סוללת הליתיום.
כיצד תיבות כפפות יכולות לפתור את הבעיות הללו?
ה תיבת הכפפות פותרת את הבעיה של חומרי אלקטרודה חיוביים המפחדים מחמצן ולחות על ידי בניית חלל אטום מבודד מהאוויר החיצוני, מילויו בגז אינרטי וטיהור הגז בתוך הקופסה באמצעות מחזור אינסופי.
תיבות כפפות עשויות בדרך כלל מפלדת אל חלד כחומר התיבה, שהוא עמיד ואינו מתעוות; ריתוך חלק מבטל פערי שחבור, ומבנה האיטום כולל רצועות איטום מרובות וממשקי כפפות אטומות, יוצר חלל מבודד מבחוץ ומונע מחמצן ולחות לחלחל אל תוך תא הכפפות מבחוץ.
בתוך תא הכפפות יתמלאו גזים אינרטיים כמו ארגון וחנקן. לגזים אינרטיים אלו תכונות כימיות יציבות וכמעט לא מגיבים עם חומרים אחרים. בדרך זו, חומרי אלקטרודה חיוביים כגון תחמוצת ליתיום טרינרי ותחמוצת ליתיום קובלט לא יבואו במגע עם חמצן מחמצן במהלך עיבוד, אחסון או הרכבה בתיבת כפפות, הימנעות מתגובת ה'חלודה והידרדרות' הדומה להחלדת מתכת, מה שמבטיח את היציבות של התגובה האלקטרוכימית הפנימית של סוללות ליתיום, שמירה על ביצועים נורמליים של סוללות ליתיום, שמירה על ביצועים נורמליים וסוללות ליתיום.
מערכת טיהור המחזור של תא הכפפות יכולה להזרים ולסנן באופן רציף את הגז בתוך הקופסה, לטהר את המים והחמצן שבתוכה ולשמור על תכולת המים והחמצן בקופסה <1ppm. זה גם מונע מהאלקטרוליט לבוא במגע עם מים בתוך תא הכפפות, ובכך מונע הידרוליזה של מלחי ליתיום לייצור חומצה הידרופלואורית קורוזיבית וחומרים אחרים, מגן ביעילות על האלקטרודות והרכיבים הפנימיים של סוללות ליתיום מפני קורוזיה ומאריך את חיי השירות של סוללות ליתיום.
המסנן בעל היעילות הגבוהה (HEPA) וציוד אחר בתיבת הכפפות יכולים לסנן חלקיקי אבק קטנים בגז, מה שהופך את זה כמעט בלתי אפשרי עבור אבק או זיהומים לחדור לתוכם הפנימי של סוללות ליתיום במהלך מחקר ופיתוח או ייצור.
תיבות כפפות יכולות לשלב ציפוי, אריזה וציוד אחר כדי להשיג ייצור חד פעמי מחומרים ועד סוללות. קופסאות כפפות אינן פשוט 'קופסאות', אלא התשתית לייצור סוללות ליתיום: לייצור סוללות ליתיום, הן מהוות שומרי בטיחות למניעת הידרדרות חומר וסיכוני פיצוץ; עבור מחקר ופיתוח של סוללות ליתיום, זוהי כר גידול לחדשנות, המניעה פריצות דרך בסוללות בצפיפות אנרגיה גבוהה; לכל קו ייצור אוטומטי לסוללות מתכת ליתיום יש צל של תיבות כפפות.
