Helstu ástæður fyrir því að litíumrafhlöður nota álskeljar má greina ítarlega út frá eftirfarandi þáttum, þ.e. léttleika, tæringarþol, góðri leiðni, góðri vinnslugetu, lágum kostnaði, góðri varmaleiðni o.s.frv.
1. Léttur
• Lágt eðlisþyngd: Eðlisþyngd áls er um 2,7 g/cm³, sem er töluvert lægri en eðlisþyngd stáls, sem er um 7,8 g/cm³. Í rafeindatækjum sem sækjast eftir mikilli orkuþéttleika og léttleika, svo sem farsímum, fartölvum og rafknúnum ökutækjum, geta álskeljar dregið verulega úr heildarþyngd og aukið endingu.
2. Tæringarþol
• Aðlögunarhæfni að háspennuumhverfi: Vinnsluspenna jákvæðra rafskautsefna í litíumrafhlöðum, svo sem þríþættra efna og litíumkóbaltoxíðs, er tiltölulega há (3,0-4,5V). Við þessa spennu myndar ál þétta áloxíð (Al₂O₃) óvirka filmu á yfirborðinu til að koma í veg fyrir frekari tæringu. Stál tærist auðveldlega af rafvökva undir miklum þrýstingi, sem leiðir til versnandi afkösta rafhlöðunnar eða leka.
• Samrýmanleiki við rafvökva: Ál hefur góða efnafræðilega stöðugleika gagnvart lífrænum rafvökvum, svo sem LiPF₆, og er ekki viðkvæmt fyrir hvarfi við langtímanotkun.
3. Leiðni og burðarvirkishönnun
• Tenging við straumsafnara: Ál er kjörefnið fyrir straumsafnara með jákvæðum rafskautum (eins og álpappír). Hægt er að tengja álhjúpinn beint við jákvæða rafskautið, sem einfaldar innri uppbyggingu, dregur úr viðnámi og bætir skilvirkni orkuflutnings.
• Kröfur um leiðni skeljar: Í sumum rafhlöðuhönnunum er álskelin hluti af straumleiðinni, svo sem sívalningslaga rafhlöður, sem hefur bæði leiðni- og verndarhlutverk.
4. Vinnsluafköst
• Frábær teygjanleiki: Ál er auðvelt að stimpla og teygja og hentar vel til stórfelldrar framleiðslu á flóknum formum, svo sem ál-plastfilmum fyrir ferkantaðar og mjúkar rafhlöður. Stálhjúpar eru erfiðir í vinnslu og kosta mikið.
• Þéttingarábyrgð: Suðutækni fyrir álskel er þroskuð, svo sem leysissuðu, sem getur innsiglað rafvökvann á áhrifaríkan hátt, komið í veg fyrir að raki og súrefni komist inn og lengt líftíma rafhlöðunnar.
5. Hitastjórnun
• Mikil varmadreifing: Varmaleiðni áls (um 237 W/m·K) er mun hærri en stáls (um 50 W/m·K), sem hjálpar rafhlöðunni að dreifa hita hratt við notkun og dregur úr hættu á varmaútbrotum.
6. Kostnaður og hagkvæmni
• Lágur efnis- og vinnslukostnaður: Hráefnisverð á áli er hóflegt og orkunotkun við vinnslu er lítil, sem hentar vel fyrir stórfellda framleiðslu. Aftur á móti eru efni eins og ryðfrítt stál dýrari.
7. Öryggishönnun
• Þrýstilosunarkerfi: Álskeljar geta losað innri þrýsting og komið í veg fyrir sprengingu ef ofhleðsla eða hitaupphlaup verður með því að hanna öryggisventla, eins og CID-flip-uppbyggingu sívalningslaga rafhlöðu.
8. Iðnaðarvenjur og stöðlun
• Álhlífar hafa verið mikið notaðar frá fyrstu dögum markaðssetningar litíumrafhlöður, eins og 18650 rafhlöðurnar sem Sony setti á markað árið 1991, og mynduðu þroskaða iðnaðarkeðju og tæknilega staðla og styrktu enn frekar stöðu þeirra í almennum markaði.
Það eru alltaf undantekningar. Í sumum sérstökum tilfellum eru stálskeljar einnig notaðar:
Í sumum tilfellum þar sem kröfur um vélrænan styrk eru mjög miklar, svo sem í sumum rafhlöðum eða í öfgafullum umhverfisaðstæðum, má nota nikkelhúðaðar stálskeljar, en kostnaðurinn felst í aukinni þyngd og kostnaði.
Niðurstaða
Álhylki hafa orðið kjörinn kostur fyrir litíumrafhlöður vegna víðtækra kosta þeirra eins og léttrar þyngdar, tæringarþols, góðrar leiðni, auðveldrar vinnslu, framúrskarandi varmaleiðni og lágs kostnaðar, sem jafnar fullkomlega afköst, öryggi og efnahagskröfur.
Birtingartími: 17. febrúar 2025
