Fon

1800 yilda italyan fizigi A. Volta voltaik qoziqni qurdi, bu amaliy batareyalarning boshlanishini ochdi va elektrokimyoviy energiya saqlash qurilmalarida elektrolitlarning ahamiyatini birinchi marta tasvirlab berdi. Elektrolitni manfiy va musbat elektrodlar orasiga qo'yilgan suyuq yoki qattiq shakldagi elektron izolyatsiyalovchi va ion o'tkazuvchi qatlam sifatida ko'rish mumkin. Hozirgi vaqtda eng ilg'or elektrolit qattiq litiy tuzini (masalan, LiPF6) suvsiz organik karbonat erituvchida (masalan, EC va DMC) eritish orqali ishlab chiqariladi. Hujayraning umumiy shakli va dizayniga ko'ra, elektrolitlar odatda hujayra og'irligining 8% dan 15% gacha. Nima's ko'proq, uning yonuvchanligi va optimal ish harorati oralig'i -10°C dan 60 gacha°C batareya quvvati zichligi va xavfsizligini yanada yaxshilashga katta to'sqinlik qiladi. Shu sababli, innovatsion elektrolitlar formulalari yangi avlod batareyalarini ishlab chiqish uchun asosiy vosita hisoblanadi.

Tadqiqotchilar, shuningdek, turli elektrolitlar tizimini yaratish ustida ishlamoqda. Masalan, lityum metallning samarali aylanishiga erishish mumkin bo'lgan ftorli erituvchilardan foydalanish, avtomobil sanoati va "qattiq holat batareyalari" (SSB) uchun foydali bo'lgan organik yoki noorganik qattiq elektrolitlar. Asosiy sabab shundaki, agar qattiq elektrolitlar asl suyuq elektrolit va diafragma o'rnini bossa, batareyaning xavfsizligi, yagona energiya zichligi va ishlash muddati sezilarli darajada yaxshilanishi mumkin. Keyinchalik, biz asosan turli materiallar bilan qattiq elektrolitlarni tadqiq qilish jarayonini umumlashtiramiz.

Noorganik qattiq elektrolitlar

Noorganik qattiq elektrolitlar ba'zi yuqori haroratli qayta zaryadlanuvchi batareyalar Na-S, Na-NiCl2 batareyalari va birlamchi Li-I2 batareyalari kabi tijorat elektrokimyoviy energiya saqlash qurilmalarida ishlatilgan. 2019-yilda Hitachi Zosen (Yaponiya) kosmosda foydalanish va Xalqaro kosmik stansiyada (XKS) sinovdan o‘tkazish uchun 140 mA/soat sig‘imli to‘liq qattiq holatdagi sumka batareyasini namoyish etdi. Ushbu batareya sulfid elektrolitidan va boshqa oshkor etilmagan batareya komponentlaridan iborat bo'lib, -40 gacha ishlaydi.°C va 100°C. 2021-yilda kompaniya 1000 mA/soat sig‘imli qattiq akkumulyatorni taqdim etadi. Hitachi Zosen odatdagi muhitda ishlaydigan kosmik va sanoat uskunalari kabi og'ir muhitlar uchun qattiq batareyalarga ehtiyoj borligini ko'radi. Kompaniya 2025 yilga kelib akkumulyator sig‘imini ikki baravar oshirishni rejalashtirmoqda. Ammo hozircha elektr transport vositalarida qo‘llanishi mumkin bo‘lgan to‘liq qattiq holatdagi akkumulyatorli mahsulot ishlab chiqarilmagan.

Organik yarim qattiq va qattiq elektrolitlar

Organik qattiq elektrolitlar toifasida Frantsiyaning Bolloré kompaniyasi gel tipidagi PVDF-HFP elektrolitini va gel tipidagi PEO elektrolitini muvaffaqiyatli tijoratlashtirdi. Kompaniya, shuningdek, ushbu akkumulyator texnologiyasini elektr transport vositalariga qo'llash uchun Shimoliy Amerika, Evropa va Osiyoda avtomobil almashish pilot dasturlarini ishga tushirdi, ammo bu polimer batareyasi hech qachon engil avtomobillarda keng qo'llanilmagan. Ularning yomon tijorat qabul qilinishiga yordam beruvchi omillardan biri shundaki, ular faqat nisbatan yuqori haroratlarda ishlatilishi mumkin (50°C dan 80 gacha°C) va past kuchlanish diapazonlari. Ushbu akkumulyatorlar endi tijorat transportida, masalan, ba'zi shahar avtobuslarida qo'llaniladi. Xona haroratida (ya'ni, 25 ga yaqin) sof qattiq polimer elektrolitli batareyalar bilan ishlash hollari yo'q.°C).

Yarim qattiq toifaga yuqori yopishqoq elektrolitlar kiradi, masalan, tuz-erituvchi aralashmalar, tuz konsentratsiyasi standart 1 mol / L dan yuqori bo'lgan, konsentratsiyalari yoki to'yinganlik nuqtalari 4 mol / L gacha bo'lgan elektrolitlar eritmasi. Konsentrlangan elektrolitlar aralashmalari bilan bog'liq muammo ftorli tuzlarning nisbatan yuqori miqdori bo'lib, bu elektrolitlarning litiy tarkibi va atrof-muhitga ta'siri haqida savollar tug'diradi. Buning sababi shundaki, etuk mahsulotni tijoratlashtirish hayot tsiklini har tomonlama tahlil qilishni talab qiladi. Tayyorlangan yarim qattiq elektrolitlar uchun xom ashyo ham elektr transport vositalariga osonroq integratsiya qilish uchun oddiy va tayyor bo'lishi kerak.

Gibrid elektrolitlar

Aralash elektrolitlar deb ham ataladigan gibrid elektrolitlar suvli/organik erituvchi gibrid elektrolitlar asosida yoki qattiq elektrolitlarning ishlab chiqarish qobiliyati va miqyosi va stacking texnologiyasiga qo'yiladigan talablarni hisobga olgan holda qattiq elektrolitga suvsiz suyuq elektrolit eritmasini qo'shish orqali o'zgartirilishi mumkin. Biroq, bunday gibrid elektrolitlar hali ham tadqiqot bosqichida va tijorat misollari yo'q.

Elektrolitlarni tijorat maqsadlarida ishlab chiqish bo'yicha fikrlar

Qattiq elektrolitlarning eng katta afzalliklari yuqori xavfsizlik va uzoq umr ko'rishdir, ammo alternativ suyuqlik yoki qattiq elektrolitlarni baholashda quyidagi fikrlarni diqqat bilan ko'rib chiqish kerak:

• Qattiq elektrolitlarni ishlab chiqarish jarayoni va tizim dizayni. Laboratoriya o'lchagich batareyalari odatda elektrodlarning bir tomonida qoplangan bir necha yuz mikron qalinlikdagi qattiq elektrolitlar zarralaridan iborat. Ushbu kichik qattiq xujayralar katta hujayralar (10 dan 100Ah) uchun zarur bo'lgan ishlashni ifodalamaydi, chunki 10 ~ 100Ah quvvati joriy quvvat batareyalari uchun zarur bo'lgan minimal spetsifikatsiyadir.
• Qattiq elektrolit ham diafragma rolini almashtiradi. Uning og'irligi va qalinligi PP / PE diafragmasidan kattaroq bo'lgani uchun, og'irlik zichligiga erishish uchun uni sozlash kerak.≥350 Vt/kgva energiya zichligi≥900Wh/L uni tijoratlashtirishga to'sqinlik qilmaslik uchun.

Batareya har doim ma'lum darajada xavfsizlik xavfi hisoblanadi. Qattiq elektrolitlar, garchi u suyuqliklarga qaraganda xavfsizroq bo'lsa ham, yonuvchan emas. Ba'zi polimerlar va noorganik elektrolitlar kislorod yoki suv bilan reaksiyaga kirishib, issiqlik va zaharli gazlarni ishlab chiqarishi mumkin, bu ham yong'in va portlash xavfini keltirib chiqaradi. Yagona hujayralarga qo'shimcha ravishda, plastmassalar, qutilar va qadoqlash materiallari nazoratsiz yonishni keltirib chiqarishi mumkin. Shunday qilib, oxir-oqibat, tizim darajasida yaxlit xavfsizlik testi talab qilinadi.