กลไกการกัดกร่อน โหมดความล้มเหลว และกลยุทธ์การป้องกันอย่างเป็นระบบสำหรับแบตเตอรี่อะลูมิเนียม-ลิเธียมไอออนแบบบรรจุกล่อง-

การกัดกร่อนของกล่องแบตเตอรี่อะลูมิเนียมแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทหลักๆ คือ การกัดกร่อนภายนอกและการกัดกร่อนภายใน การกัดกร่อนภายนอกเกิดจากการที่แบตเตอรี่สัมผัสกับสารที่มีฤทธิ์กัดกร่อน-เช่น กรดและด่าง (เช่น น้ำฝนหรือสารทำความสะอาด)- ในระหว่างการเก็บรักษาหรือการทำงาน ซึ่งจะกัดกร่อนพื้นผิวของโครงอะลูมิเนียมโดยตรง ในทางกลับกัน การกัดกร่อนภายในนั้นร้ายกาจกว่าและอาจเป็นอันตรายมากกว่า สาเหตุที่แท้จริงอยู่ที่การแทรกลิเธียมเข้าไปในโครงสร้างอะลูมิเนียมภายใต้สภาวะเคมีไฟฟ้าเฉพาะ เมื่อศักยภาพของเคสอะลูมิเนียมลดลงเหลือระหว่าง 0.2 ถึง 0.4 V (เทียบกับ Li/Li⁺) ไอออน Li⁺ จะแทรกซึมเข้าไปในโครงผลึกอะลูมิเนียมเพื่อสร้างโลหะผสมระหว่างโลหะ เช่น LiAl และ Li₃Al₂

กระบวนการนี้ทำให้เกิดการขยายตัวและการแตกร้าวของโครงตาข่าย ส่งผลให้อลูมิเนียมแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย สูญเสียความมันวาวของโลหะ และสร้างชั้นการกัดกร่อนที่มีรูพรุน โดยทั่วไปกระบวนการย่อยสลายนี้จะถูกกระตุ้นโดยการลัดวงจรโดยไม่ได้ตั้งใจระหว่างอิเล็กโทรดลบและปลอกอะลูมิเนียม

เพื่อให้การกัดกร่อนภายในเกิดขึ้น จะต้องตรงตามเงื่อนไขสามประการพร้อมกัน: การมีอยู่ของวิถีอิเล็กตรอน วิถีไอออน และศักยภาพในการกัดกร่อน ในจำนวนนี้ วิถีทางของไอออน (ได้มาจากอิเล็กโทรไลต์) เป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้นการปิดกั้นทางเดินของอิเล็กตรอนและการควบคุมความต่างศักย์จึงเป็นกลยุทธ์หลักในการป้องกันการกัดกร่อน ในการออกแบบมาตรฐาน เคสอะลูมิเนียมของเซลล์แบตเตอรี่ทรงแท่งปริซึมช่วยให้มั่นใจได้ถึงการแยกทางไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ระหว่างอิเล็กโทรดขั้วลบและเคส โดยการใช้วัสดุฉนวน (เช่น ฟิล์มฉนวนหรือปะเก็นฝาครอบด้านบน-)

อย่างไรก็ตาม หากอิเล็กโทรดขั้วลบสัมผัสกับผนังด้านในของปลอก-ไม่ว่าจะเกิดจากข้อบกพร่องในการผลิต (เช่น แถบอิเล็กโทรดยาวเกินไป กาวฉนวนหลุดออก หรือการห่อหุ้มที่ขดลวดไม่ดี) หรือความเสียหายทางกลภายนอก- แรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดขั้วลบและปลอกจะเข้าใกล้ 0 V ซึ่งทำให้เกิดสภาวะที่จำเป็นสำหรับการกัดกร่อนระหว่างคาลิเทียม- การศึกษาเชิงทดลองได้แสดงให้เห็นว่า หลังจากชาร์จ-รอบการคายประจุหลายครั้ง แบตเตอรี่ที่เสียหายดังกล่าวมักเกิดรอยเจาะและการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ในบริเวณใกล้กับวาล์วป้องกันการระเบิด-

นอกจากนี้ การลัดวงจรภายนอกยังก่อให้เกิดความเสี่ยงที่สำคัญไม่แพ้กัน หากพื้นผิวด้านนอกของกล่องแบตเตอรี่สร้างทางเดินนำไฟฟ้าไปยังขั้วลบ-เนื่องจากมีอิเล็กโทรไลต์ตกค้างหรือการสัมผัสกับวัตถุที่เป็นโลหะภายนอก (เช่น อุปกรณ์ทดสอบหรือสายไฟ)- ก็สามารถกดแรงดันไฟฟ้าของกล่องให้อยู่ในช่วงศักยภาพในการกัดกร่อนได้ในทำนองเดียวกัน การวิจัยระบุว่าแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าเคสเริ่มต้นที่ 1–2 V เมื่ออยู่ภายใต้วงจรการคายประจุ-หลังจากเกิดการลัดวงจรเทียมด้วยขั้วลบ จะแสดงสัญญาณของการกัดกร่อนของปลอกอะลูมิเนียมอย่างรวดเร็ว ที่ระดับชุดแบตเตอรี่ (PACK) ถ้าเปลือกอะลูมิเนียมของเซลล์แต่ละเซลล์ที่อยู่ติดกันสัมผัสกับหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า จะเปลี่ยนแปลงการกระจายศักย์ไฟฟ้าทั่วทั้งวงจรอนุกรมทั้งหมด ซึ่งอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าของเคสของแต่ละเซลล์ลดลงต่ำอย่างผิดปกติ-หรือแม้แต่กลายเป็นลบ-ด้วยซ้ำ ซึ่งทำให้เกิดการกัดกร่อนเฉพาะที่ ตัวอย่างเช่น ในชุดแบตเตอรี่สาม-เซลล์ การลัดวงจรระหว่างเปลือกอะลูมิเนียมของเซลล์แรกและเซลล์สุดท้ายอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าของเปลือกเซลล์ขั้วต่อลดลงเหลือ -1.5 V ซึ่งส่งผลให้ความล้มเหลวเร็วขึ้น

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมก็ไม่ควรมองข้ามเช่นกัน หากแบตเตอรี่ในเคสอะลูมิเนียม-ที่ออกแบบมาสำหรับยานพาหนะพลังงานใหม่ถูกแช่อยู่ในน้ำที่มีความเป็นกรดอ่อน (pH data) 5 แรงดันไฟในเคสจะยังคงฟื้นตัวได้เต็มที่ได้ยาก แม้ว่าจะแห้งแล้วก็ตาม หากรอบการชาร์จและการคายประจุยังคงดำเนินต่อไปในสถานะที่ถูกบุกรุก อัตราการกัดกร่อนจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการมีอยู่ของความชื้นทำให้เกิดวิถีไอออนิกเพิ่มเติม ในขณะที่ไอออนที่ไม่บริสุทธิ์จะกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า ที่สำคัญกว่านั้นคือภายใต้สภาวะแรงดันไฟฟ้าของปลอกโลหะต่ำ ลิเธียมโลหะอาจสะสมโดยตรงบนพื้นผิวของปลอกอะลูมิเนียม ซึ่งจะทำให้การกัดกร่อนของอัลลอยด์รุนแรงขึ้นอีก

ผลกระทบของการกัดกร่อนต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ทำให้เกิดความล่าช้า ในระหว่างระยะเริ่มแรก (เช่น 400 รอบแรก) การคงความจุของแบตเตอรี่อะลูมิเนียมแบบชาร์จได้-จะแยกไม่ออกจากแบตเตอรี่ปกติที่ไม่มีการสึกกร่อน อย่างไรก็ตาม ในขณะที่การหมุนเวียนดำเนินไป ลิเธียมแบบแอคทีฟจะถูกใช้อย่างต่อเนื่องในปฏิกิริยาลิไทเอชันที่เกิดขึ้นที่โครงอะลูมิเนียม ส่งผลให้สูญเสียวัสดุออกฤทธิ์ที่แคโทดอย่างถาวร หลังจาก 1,500 รอบ การเก็บรักษาความจุของแบตเตอรี่ที่สึกกร่อนอาจลดลงจาก 88% เหลือเพียง 60% ในแง่ของประสิทธิภาพอัตรา ไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญในระหว่างอัตราการระบายออกที่ต่ำกว่า 5C; อย่างไรก็ตามที่อัตราการคายประจุที่สูงกว่า 10C ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ที่สึกกร่อนจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลงอย่างเห็นได้ชัด