Πλεονεκτήματα εφαρμογής του στερεού ηλεκτρολύτη

Ο στερεός ηλεκτρολύτης είναι μια τάση στην ανάπτυξη των ηλεκτρολυτών μπαταριών λίθιου στο μέλλον, επειδή η στερεά τεχνολογία μπαταριών ηλεκτρολυτών έχει αναπτυχθεί μέχρι σήμερα. Από τεχνική άποψη, οι συμπαγείς ηλεκτρολύτες μπορούν να χωριστούν σε ηλεκτρολύτες οξειδίου, ηλεκτρολύτες σουλφιδίου, οργανικούς πολυμερείς ηλεκτρολύτες και ηλεκτρολύτες LiPON. Μπορούμε να πω ότι είναι σχετικά ώριμη, αλλά αντιμετώπισε επίσης ένα σημείο συμφόρησης. Η γέννηση μιας νέας γενιάς τεχνολογίας είναι επειγόντως απαραίτητη, ιδίως στον τομέα της νέας ενέργειας. Οι μπαταρίες στερεάς κατάστασης αναμένεται να γίνουν οι πιο ελκυστικές μεταξύ των τεχνολογιών μπαταριών ηλεκτρικής ενέργειας επόμενης γενιάς. Επειδή οι μπαταρίες όλων των στερεών νότας όχι μόνο έχουν σχετικά υψηλή τεχνολογική ωριμότητα, πολλές εγχώριες και ξένες εταιρείες μπαταριών ιόντων λιθίου έχουν επίσης θεωρήσει την τεχνολογία μπαταριών σε στερεά κατάσταση ως ένα σημαντικό απόθεμα τεχνολογίας επόμενης γενιάς.

Στην πρώιμη ανάπτυξη της τεχνολογίας μπαταριών στερεάς κατάστασης, λόγω της σχετικά χαμηλής αγωγιμότητας των στερεών ηλεκτρολυτών υλικών, το επίκεντρο της έρευνας και ανάπτυξης ήταν κυρίως στη βελτίωση της αγωγιμότητας των στερεών ηλεκτρολυτών. Ως εκ τούτου, σουλφίδιο στερεά ηλεκτρολύτες και οξείδιο στερεά ηλεκτρολύτες με υψηλή ιοντική αγωγιμότητα έχουν προσελκύσει ένα ευρύ φάσμα της προσοχής.

Όλες οι μπαταρίες ιόντων λιθίου στερεάς κατάστασης χρησιμοποιούν συμπαγείς ηλεκτρολύτες αντί για παραδοσιακούς οργανικούς υγρούς ηλεκτρολύτες, οι οποίοι μπορούν να λύσουν προβλήματα ασφάλειας μπαταριών και αποτελούν ιδανικές χημικές πηγές ενέργειας για ηλεκτρικά οχήματα και αποθήκευση ενέργειας μεγάλης κλίμακας. Το κλειδί είναι να προετοιμαστούν οι στερεοί ηλεκτρολύτες με αγωγιμότητα υψηλής θερμοκρασίας δωματίου και ηλεκτροχημική σταθερότητα, καθώς και υλικά ηλεκτροδίων υψηλής ενέργειας κατάλληλα για όλες τις μπαταρίες ιόντων λιθίου στερεάς κατάστασης, και να βελτιωθεί η συμβατότητα της διεπαφής ηλεκτροδίων/στερεών ηλεκτρολυτών.

Οι μπαταρίες λιθίου στερεάς κατάστασης αναπτύσσονται με βάση τις μπαταρίες λιθίου. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μπαταρίες λιθίου, κυρίως δεν χρησιμοποιούν πλέον υγρό ή γέλη ως αγώγιμο υλικό μεταξύ των θετικών και αρνητικών ηλεκτροδίων, γεγονός που βελτιώνει σημαντικά την ασφάλεια του αυτοκινήτου και την ικανότητα να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες. . Έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής ασφάλειας, της υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, της μεγάλης διάρκειας ζωής κύκλων, και του ευρέος λειτουργικού εύρους θερμοκρασίας, μεταξύ του οποίου ο ίδιος ο πυρήνας είναι ο στερεός ηλεκτρολύτης.

Οι συμπαγείς ηλεκτρολύτες οξειδίων μπορούν να χωριστούν σε κρυσταλλικούς και υαλώδεις (άμορφους) σύμφωνα με τη δομή του υλικού. Οι κρυσταλλικοί ηλεκτρολύτες περιλαμβάνουν τον τύπο perovskite, τον τύπο NASICON, τον τύπο LISICON και τον τύπο γρανάτη, κ.λπ. Ο υαλώδης ηλεκτρολύτης οξειδίου Το ερευνητικό hotspot είναι ο ηλεκτρολύτης τύπου LiPON που χρησιμοποιείται σε μπαταρίες λεπτών ταινιών.

Ο κρυσταλλικός στερεός ηλεκτρολύτης οξειδίων έχει την υψηλή χημική σταθερότητα και μπορεί να υπάρξει σταθερά στην ατμόσφαιρα, η οποία είναι ευεργετική στη μεγάλης κλίμακας παραγωγή των όλος-στερεάς κατάστασης μπαταριών. Η ερευνητική εστίαση είναι να βελτιωθεί η ιοντική αγωγιμότητα θερμοκρασίας δωματίου και η συμβατότητά της με τα ηλεκτρόδια. Επί του παρόντος, οι μέθοδοι για τη βελτίωση της αγωγιμότητας είναι κυρίως αντικατάσταση στοιχείων και ετερόπολυνο στοιχείο ντόπινγκ, και η συμβατότητα με ηλεκτρόδια είναι επίσης ένα σημαντικό ζήτημα που περιορίζει την εφαρμογή του.

Ο πιο τυπικός κρυσταλλικός στερεός ηλεκτρολύτης σουλφιδίου είναι ο θειο-ΛΙΣΙΚΟΝ, ο οποίος ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον καθηγητή KANNO του Ινστιτούτου Τεχνολογίας του Τόκιο στο σύστημα Li2S-GeS2-P2S. Η χημική σύνθεση είναι Li4-xGe1-xPxS4, και η ιονική αγωγιμότητα θερμοκρασίας δωματίου είναι τόσο υψηλή όσο 2.2×10. -3S/cm (όπου x=0,75) και η ηλεκτρονική αγωγιμότητα μπορεί να αγνοηθεί. Ο γενικός χημικός τύπος του thio-LISICON είναι Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si, κ.λπ., B=P, Al, Zn, κ.λπ.).

Ο στερεός ηλεκτρολύτης γυαλιού σουλφιδίου αποτελείται συνήθως από P2S5, SiS2, B2S3 και άλλα πρώην δικτύων και τροποποιητής δικτύων Li2S. Το σύστημα περιλαμβάνει κυρίως Li2S-P2S5, li2s-siS2, li2s-b2s3. Η σύνθεση έχει ένα ευρύ φάσμα παραλλαγής, υψηλή ς θερμοκρασίας δωματίου ιονική αγωγιμότητα, υψηλή θερμική σταθερότητα, καλή απόδοση ασφάλειας, και ευρύ παράθυρο ηλεκτροχημικής σταθερότητας (μέχρι 5V). Έχει τα σημαντικά πλεονεκτήματα στις υψηλής ισχύος και υψηλής-χαμηλής θερμοκρασίας στερεάς κατάστασης μπαταρίες και έχει τις μεγάλες δυνατότητες των υλικών ηλεκτρολυτών μπαταριών στερεάς κατάστασης.

Ο πολυμερής στερεός ηλεκτρολύτης αποτελείται από τη μήτρα πολυμερών (όπως ο πολυεστέρας, η πολυμεράση και η πολυαμίνη, κ.λπ.) και το άλας λίθιου (όπως LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4, κ.λπ.), λόγω του ελαφριού βάρους του, της καλής ιξοελαστικότητας, και της άριστης μηχανικής απόδοσης επεξεργασίας Και άλλα χαρακτηριστικά έχουν λάβει την ευρεία προσοχή.

Οι κοινές ΣΠΕ περιλαμβάνουν το οξείδιο του πολυαιθυλενίου (PEO), το πολυακρυλονιτρίλιο (PAN), το φθόριο πολυβινυλιδίνης (PVDF), το πολυμεθυλομεθακρυλικό (PMMA), το οξείδιο του πολυπροπυλενίου (PPO), το χλωριούχο πολυβινυλιδένιο (PVDC) και τα συστήματα ηλεκτρολυτών πολυμερούς μονού ιόντων.

Επί του παρόντος, η κύρια μήτρα SPE εξακολουθεί να είναι η πρώτη προτεινόμενη PEO και τα παράγωγά της, κυρίως λόγω της σταθερότητας του PEO στο μεταλλικό λίθιο και την ικανότητά του να διαχωρίζει καλύτερα τα άλατα λιθίου.

Ο ηλεκτρολύτης LiPON γίνεται από το Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge (ORNL) στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η ταινία ηλεκτρολυτών του φωσφόρου λιθίου (LiPON) προετοιμάστηκε με την διασπορά ενός στόχου υψηλής καθαρότητας Li3P04 χρησιμοποιώντας μια συσκευή διασποράς μαγνητών ραδιοσυχνοτήτων σε ατμόσφαιρα αζώτου υψηλής καθαρότητας.

Είναι κατανοητό ότι το υλικό έχει εξαιρετική ολοκληρωμένη απόδοση, θερμοκρασία δωματίου ιονική αγωγιμότητα είναι 2.3×10-6S/cm, ηλεκτροχημικό παράθυρο είναι 5.5V (http://vs.Li/Li+), η θερμική σταθερότητα είναι καλή, και θετικά ηλεκτρόδια όπως LiCoO2, LiMn2O4, και τα αρνητικά ηλεκτρόδια όπως το μέταλλο λιθίου και το κράμα λιθίου έχουν καλή συμβατότητα. Η ιοντική αγωγιμότητα της ταινίας LiPON εξαρτάται από την άμορφη δομή και το περιεχόμενο Ν στο υλικό ταινιών. Η αύξηση της περιεκτικότητας σε Ν μπορεί να βελτιώσει την ιοντική αγωγιμότητα.