Qattiq elektrolitni qo'llashning afzalliklari

Qattiq elektrolit kelajakda lityum batareyali elektrolitlar rivojlanishining tendentsiyasidir, chunki qattiq elektrolitlar batareyasi texnologiyasi bugungi kungacha rivojlangan. Texnik nuqtai nazardan, qattiq elektrolitlar oksidi elektrolitlari, sulfid elektrolitlari, organik polimer elektrolitlari va LiPON elektrolitlariga bo'linishi mumkin. Aytish mumkinki, u nisbatan etuk, ammo u ham tiqilib qolgan narsaga duch kelgan. Yangi avlod texnologiyasining tug'ilishi, ayniqsa yangi energiya sohasida shoshilinch zarur. Qattiq batareyalar keyingi avlod energiya batareyalari texnologiyalari orasida eng jozibali batareyaga aylanishi kutilmoqda. Qattiq jismlarning akkumulyatorlari nafaqat nisbatan yuqori texnologik etuklikka ega bo'lganligi sababli, ko'plab mahalliy va xorijiy lityum-ionli batareyalar ishlab chiqaradigan kompaniyalar, shuningdek, to'liq qattiq batareyalar texnologiyasini yangi avlodning muhim texnologiya zaxirasi deb hisoblashgan.

Qattiq jismli akkumulyator texnologiyasining dastlabki rivojlanishida, qattiq elektrolit materiallarining o'tkazuvchanligi nisbatan past bo'lganligi sababli, tadqiqot va ishlanmalar asosan qattiq elektrolitlarning o'tkazuvchanligini yaxshilashga qaratilgan edi. Shuning uchun ionli o'tkazuvchanligi yuqori bo'lgan sulfidli qattiq elektrolitlar va oksidli qattiq elektrolitlar keng e'tiborni tortdi.

Qattiq jismli lityum-ion batareyalar an'anaviy organik suyuq elektrolitlar o'rniga qattiq elektrolitlardan foydalanadi, ular batareyalar xavfsizligi masalalarini yaxshi hal qila oladi va elektr transport vositalari va katta hajmdagi energiyani saqlash uchun ideal kimyoviy quvvat manbalari hisoblanadi. Kalit xona harorati yuqori o'tkazuvchanligi va elektrokimyoviy barqarorligi bo'lgan qattiq elektrolitlarni, shuningdek barcha qattiq lityum-ionli batareyalar uchun mos bo'lgan yuqori energiyali elektrod materiallarini tayyorlash va elektrod / qattiq elektrolitlar interfeysining mosligini yaxshilashdir.

Qattiq lityum batareyalar lityum batareyalar asosida ishlab chiqilgan. An'anaviy lityum batareyalar bilan taqqoslaganda, ular asosan ijobiy va salbiy elektrodlar orasidagi Supero'tkazuvchilar material sifatida suyuq yoki jeldan foydalanmaydilar, bu esa avtomobilning xavfsizligini va yuqori haroratga bardosh berish qobiliyatini sezilarli darajada yaxshilaydi. . Bu yuqori xavfsizlik, yuqori energiya zichligi, uzoq tsikl muddati va keng ish harorati oralig'ining afzalliklariga ega, ular orasida asosiy narsa qattiq elektrolitdir.

Oksidli qattiq elektrolitlar moddiy tuzilishiga ko'ra kristalli va shishasimon (amorf) bo'linadi. Kristalli elektrolitlar tarkibiga perovskit turi, NASICON turi, LISIKON turi va granat turi va boshqalar kiradi. Shisha oksidli elektrolit Tadqiqot nuqtasi yupqa plyonkali batareyalarda ishlatiladigan LiPON turidagi elektrolitdir.

Oksid kristalli qattiq elektrolit yuqori kimyoviy barqarorlikka ega va atmosferada barqaror ravishda mavjud bo'lishi mumkin, bu esa butun qattiq batareyalarni katta hajmdagi ishlab chiqarish uchun foydalidir. Tadqiqot yo'nalishi xona haroratining ion o'tkazuvchanligini va uning elektrodlarga mosligini yaxshilashga qaratilgan. Hozirgi vaqtda o'tkazuvchanlikni yaxshilash usullari asosan elementlarni almashtirish va heterovalent elementlarning dopingidir va elektrodlar bilan muvofiqligi ham uning qo'llanilishini cheklaydigan muhim masaladir.

Eng tipik sulfidli kristalli qattiq elektrolit tio-LISIKON bo'lib, uni birinchi bo'lib Tokio Texnologiya Instituti professori KANNO Li2S-GeS2-P2S tizimida kashf etgan. Kimyoviy tarkibi Li4-xGe1-xPxS4 va xona haroratining ion o'tkazuvchanligi 2,2 × 10 ga teng. -3S / sm (bu erda x=0,75) va elektron o'tkazuvchanlikni e'tiborsiz qoldirish mumkin. Tio-LISIKONning umumiy kimyoviy formulasi Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si va boshqalar, B=P, Al, Zn va boshqalar).

Sulfidli shisha qattiq elektrolit odatda P2S5, SiS2, B2S3 va boshqa tarmoq formatorlaridan va Li2S tarmoq modifikatoridan iborat. Tizimga asosan Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3 kiradi. Tarkibi keng o'zgaruvchanlik diapazoniga ega, xonadagi yuqori haroratli ion o'tkazuvchanligi, yuqori issiqlik barqarorligi, yaxshi xavfsizlik ko'rsatkichlari va keng elektrokimyoviy barqarorlik oynasi (5Vgacha). U yuqori quvvatli va past haroratli qattiq holatdagi batareyalarda ajoyib afzalliklarga ega va qattiq holatdagi akkumulyator elektrolitlari materiallarida katta imkoniyatlarga ega.

Polimer qattiq elektrolit engil, yaxshi viskoelastik va mukammal bo'lgani uchun polimer matritsadan (masalan, polyester, polimeraza va poliamin va boshqalar) va lityum tuzidan (LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4 va boshqalar) iborat. mexanik ishlov berish ko'rsatkichlari Va boshqa xususiyatlarga keng e'tibor qaratildi.

Umumiy SPE-larga polietilen oksidi (PEO), poliakrilonitril (PAN), poliviniliden florid (PVDF), polimetilmetakrilat (PMMA), polipropilen oksidi (PPO), poliviniliden xlorid (PVDC) va bitta ionli polimer elektrolit tizimlari kiradi.

Hozirgi vaqtda asosiy SPE matritsasi hali PEO ning metall litiyga barqarorligi va litiy tuzlarini yaxshiroq ajratib olish qobiliyatiga bog'liq bo'lgan birinchi PEO va uning hosilalari hisoblanadi.

LiPON elektrolitlari AQShdagi Oak Ridge milliy laboratoriyasi (ORNL) tomonidan ishlab chiqarilgan. Lityum fosfor oksinitrid (LiPON) elektrolit plyonkasi yuqori toza azotli atmosferada radio chastotali magnetronli püskürtme moslamasi yordamida yuqori saflıkta Li3P04 nishonini püskürterek tayyorlandi.

Materialning mukammal ishlashi, xonadagi haroratning ion o'tkazuvchanligi 2,3 × 10-6S / sm, elektrokimyoviy oynasi 5,5V (http://vs.Li/Li+), issiqlik barqarorligi yaxshi ekanligi tushuniladi. , va LiCoO2, LiMn2O4 kabi ijobiy elektrodlar va lityum metall va lityum qotishmasi kabi salbiy elektrodlar yaxshi muvofiqlikka ega. LiPON plyonkasining ion o'tkazuvchanligi amorf tuzilishga va kino materialidagi N tarkibiga bog'liq. N tarkibining ko'payishi ion o'tkazuvchanligini yaxshilashi mumkin.