Utangulizi wa Solid Electrolytes

 

Elektroliti imara zina faida nyingi juu ya elektroliti za kioevu. Kwa mfano, wanaweza kupunguza deformation ya electrode wakati wa malipo na kutekeleza, kuboresha usalama. Pia wana utulivu bora, ni rahisi kusindika, na ukuaji walithiamudendrites inaweza kupunguzwa katika kutengenezea{{0}elektroliti gumu za polima bila malipo.

Betri za -ioni za lithiamu zinazotumia elektroliti za polima imara zinaweza kuzuia matatizo ya uvujaji yanayohusiana na elektroliti kioevu.

Polima ni rahisi kusindika na inaweza kuwa miniaturized. Kwa sababu ya kinamu cha juu, polima pia zinaweza kutumika kuunda-betri za filamu nyembamba. Miundo tofauti ya betri inaweza kutengenezwa kwa kutumia elektroliti za polima ili kukidhi mahitaji mbalimbali ya programu. Zaidi ya hayo, elektroliti za polima hutoa uthabiti wa juu wa kemikali, kielektroniki, na joto ikilinganishwa na elektroliti kioevu, na athari chache za upande na elektrodi na anuwai pana ya joto ya kufanya kazi. Unyumbulifu wa elektroliti za polima unaweza kuzuia mabadiliko ya sauti katika elektrodi wakati wa malipo na kutokwa, kuleta utulivu wa muundo wa betri. Kwa hivyo, baada ya kufanya biashara-betri za ioni za kioevu, teknolojia ya betri ya lithiamu-ioni kulingana na elektroliti za polima itastawi kwa haraka na kufikia ufanisi wa kibiashara.

Kuna njia nyingi za kuainisha elektroliti za polima, na viwango vinatofautiana. Kwa sasa, elektroliti za polima imara hutofautishwa hasa kulingana na aina ya polima inayotumiwa, kama vile polietha-iliyo na oksidi ya polyethilini (PEO), pamoja na polymethyl methacrylate (PMMA) na polyacrylonitrile (PAN). Kwa ujumla, elektroliti za polima zinahitaji kutimiza masharti yafuatayo ili kutumika kivitendo katika betri za lithiamu-ioni.

Katika mifumo ya sasa ya elektroliti ya polima, polima zinaonyesha fuwele kubwa kwenye joto la kawaida, ambayo inaelezea kwa nini upitishaji wa elektroliti za polima ngumu kwenye joto la kawaida ni chini sana kuliko ile ya elektroliti za kioevu. Fuwele nyingi katika polima ni spherulites, na mikoa ya amorphous kati yao. Kwa ujumla inaaminika kuwa upitishaji wa ioni ya lithiamu-hutokea hasa katika maeneo haya ya amofasi.

Kwa hivyo, kuelewa muundo wa awamu ya polima kunasaidia katika kusoma utaratibu wa upitishaji wa lithiamu-.

Kwa mifumo ya elektroliti ya polymer ya binary, muundo wa awamu hasa una aina mbili: mikoa ya fuwele na mikoa ya amorphous. Uundaji wa mikoa ya fuwele inaendeshwa kinetically na moja kwa moja kuhusiana na hali maalum ya maandalizi na wakati. Kwa kusema, kwa sababu ya uwepo wa mikoa ya fuwele katika mfumo wa polymer, na tofauti kubwa ya mikoa hii yenye hali tofauti, kulinganisha conductivity ya aina tofauti za elektroliti za polymer sio kisayansi sana. Hata hivyo, chini ya hali fulani, ikiwa ukuaji wa mikoa ya fuwele ni polepole na kupotoka kwa conductivity ya ionic iko ndani ya safu inayokubalika, kulinganisha conductivity inakubalika. Ndiyo sababu mara nyingi tunalinganisha matokeo tofauti.

Kwa kuwa ukuaji wa spherulites katika polima hutegemea wakati-, upitishaji wa ioni kwenye halijoto iliyo chini ya kiwango cha myeyuko wa polima pia hutegemea wakati-. Zaidi ya hayo, upitishaji wa lithiamu-ioni ya elektroliti za polima unahusiana na kasi ya joto, kasi ya kupoeza na wakati wa kupumzika. Kwa mfano, muda mrefu wa kupumzika husababisha muundo kamili zaidi wa fuwele ya polima na ung'avu wa juu zaidi, na kusababisha kupungua polepole kwa utengamano wa ioni hadi kiwango cha chini na kuongezeka kwa muda wa kupumzika. Vile vile, kasi ya polepole ya kupoeza husababisha uangazaji kamili zaidi, na upitishaji wa ioni unaolingana pia utapungua polepole hadi kiwango cha chini.

jifunze zaidi

Kwa kuchukua elektroliti dhabiti ya binary ya PEO na LiCIO4 kama mfano, muundo huu una miundo ya awamu nyingi. Kwanza, LiClO4 na PeO zinaweza kuunda miundo mbalimbali, ikijumuisha PEO6-LiCIO4, PEO3-LiCIO4, PEO2-LiCIO4, na PEO-LiClO4. Miongoni mwao, wakati O:Li=10:1, PEO6-LiCIO4 inaweza kuunda eutectic na PEO, yenye kiwango myeyuko cha digrii 50 . Kwa kuongeza, wakati joto linafufuliwa hadi digrii 160, eutectic kubwa inaweza kuundwa. Wakati wa mchakato wa baridi, eutectic kubwa itazalisha aina tatu tofauti za spherulites: aina ya kwanza inayeyuka juu ya digrii 120 na ina maudhui ya juu ya chumvi; aina ya pili inayeyuka kati ya digrii 45 na 60, ina kiwango cha chini cha chumvi, na huunda polepole; aina ya tatu ina kiwango cha myeyuko chini kidogo kuliko polima mwenyeji na huunda kwa haraka zaidi. Utafiti na uchambuzi unapendekeza kwamba: aina ya kwanza ya spherulite inawezekana PEO3-LiCIO4; aina ya pili inaweza kuwa mchanganyiko wa complexes PEO-LiCIO4 na PEO3-LiCIO4; na aina ya tatu inalingana na PEO yenyewe. Zaidi ya hayo, maudhui ya chumvi ya lithiamu na mchakato wa matibabu ya joto yanaweza kusababisha mabadiliko ya kimuundo.

Elektroliti za polima ni darasa la nyenzo zinazofanya kazi za polima zilizo na upitishaji wa juu wa ioni, unaoundwa na athari changamano kati ya polima na chumvi za chuma kwa kutumia polima kama tumbo. Kulingana na muundo wa polima, elektroliti za polima za kawaida ni pamoja na PEO-elektroliti za polima zenye msingi wa PEO,-elektroliti za polima zenye msingi wa PVDE,{{3}elektroliti za polima zenye msingi wa PMMA{3}na zingine. Tofauti na elektroliti za serikali zisizo za kawaida-, elektroliti za polima ni nyepesi, nyumbufu na thabiti. Kama vile elektroliti za serikali zisizo za kawaida-, elektroliti za polima sio tu huendesha ayoni kwenye betri za lithiamu-ioni bali pia hufanya kama vitenganishi vya betri. Elektroliti za polima zina faida zifuatazo:

Mchanganyiko unaoundwa na chumvi tofauti za lithiamu (pamoja na LBF4, LIPF6, LiCFSO4, na LiASF6) na PEO kimsingi ni sawa na zile zinazoundwa na LiCIO4, ikimaanisha kuwa aina ya chumvi ya lithiamu haina athari ya moja kwa moja kwa aina ya changamano inayoundwa na PEO. Hasa, LiBF inaweza kuunda miundo miwili yenye PEO: PEO4-LIBF na PEO,S-LiBF. Wakati uwiano wa O/Li ni kati ya 16 na 20, PEO2.5-LIBF4 inaweza kuunda eutectic na PEO. LPF6 pia inaweza kuunda miundo miwili yenye PEO: PEO6-LiPF6 na PEO:-LiPF6. Miundo miwili inayoundwa na LiASF6 na PEO ni sawa na ile ya LiPF6, lakini ina viwango vya juu zaidi vya kuyeyuka. Chumvi kubwa za lithiamu za anion pia zinaweza kuunda tata na PEO, lakini kinetics ni polepole zaidi. Zaidi ya hayo, shinikizo pia huathiri ukuaji wa kioo kwa kiasi fulani. Shinikizo la juu hukuza ukuaji wa spherulite, hupunguza eneo la amofasi, na vile vile hupunguza conductivity ya lithiamu-ioni.