Cyflwyniad i electrolytau solet

 

Mae gan electrolytau solet lawer o fanteision dros electrolytau hylif. Er enghraifft, gallant liniaru anffurfiad electrod wrth godi tâl a gollwng, gan wella diogelwch. Mae ganddynt hefyd sefydlogrwydd rhagorol, yn hawdd i'w prosesu, a thwflithiwmgellir lleihau dendritau mewn electrolytau polymer solet rhydd o doddyddion.

Gall batris ïon lithiwm sy'n defnyddio electrolytau polymer solet atal problemau gollyngiadau sy'n gysylltiedig ag electrolytau hylifol.

Mae polymerau yn hawdd i'w prosesu a gellir eu miniatureiddio. Oherwydd eu plastigrwydd uchel, gellir defnyddio polymerau hefyd i greu batris ffilm tenau. Gellir gwneud gwahanol strwythurau batri gan ddefnyddio electrolytau polymer i fodloni gofynion cymhwyso amrywiol. Ar ben hynny, mae electrolytau polymer yn cynnig sefydlogrwydd cemegol, electrocemegol a thermol uwch o'i gymharu ag electrolytau hylif, gyda llai o adweithiau ochr â'r electrodau ac ystod tymheredd gweithredu ehangach. Gall hyblygrwydd electrolytau polymer glustogi newidiadau cyfaint yn yr electrodau wrth wefru a rhyddhau, gan sefydlogi strwythur y batri. Felly, ar ôl masnacheiddio batris ïon hylif, bydd technoleg batri ïon lithiwm yn seiliedig ar electrolytau polymer yn datblygu'n gyflym ac yn cyflawni masnacheiddio llwyddiannus.

Mae yna lawer o ddulliau ar gyfer dosbarthu electrolytau polymer, ac mae'r safonau'n amrywio. Ar hyn o bryd, mae electrolytau polymer solet yn cael eu gwahaniaethu'n bennaf yn ôl y math o bolymer a ddefnyddir, megis y polyether - polyethylen ocsid (PEO) mwyaf enwog, yn ogystal â methacrylate polymethyl (PMMA) a polyacrylonitrile (PAN). Yn gyffredinol, mae angen i electrolytau polymer fodloni'r amodau canlynol i'w defnyddio'n ymarferol mewn batris ïon lithiwm.

Mewn systemau electrolyt polymer cyfredol, mae polymerau'n arddangos crisialu sylweddol ar dymheredd yr ystafell, sy'n esbonio pam mae dargludedd electrolytau polymer solet ar dymheredd ystafell yn llawer is nag electrolytau hylif. Mae'r rhan fwyaf o grisialau mewn polymerau yn spherulites, gyda rhanbarthau amorffaidd rhyngddynt. Credir yn gyffredinol bod dargludiad ïon lithiwm yn digwydd yn bennaf yn y rhanbarthau amorffaidd hyn.

Felly, mae deall strwythur cyfnod polymerau yn ddefnyddiol ar gyfer astudio'r mecanwaith dargludiad ïon lithiwm-.

Ar gyfer systemau electrolyt polymer deuaidd, mae'r strwythur cam yn bennaf yn cynnwys dau fath: rhanbarthau crisialog a rhanbarthau amorffaidd. Mae ffurfio rhanbarthau crisialog yn cael ei yrru'n cinetig ac yn uniongyrchol gysylltiedig ag amodau ac amser paratoi penodol. A siarad yn fanwl gywir, oherwydd presenoldeb rhanbarthau crisialog yn y system bolymer, ac amrywiad sylweddol y rhanbarthau hyn â gwahanol amodau, nid yw cymharu dargludedd gwahanol fathau o electrolytau polymer yn wyddonol iawn. Fodd bynnag, o dan amodau penodol, os yw twf rhanbarthau crisialog yn araf a bod y gwyriad mewn dargludedd ïonig o fewn ystod dderbyniol, mae cymharu dargludedd yn dderbyniol. Dyna pam rydym yn aml yn cymharu canlyniadau gwahanol.

Gan fod tyfiant spherulites yn y polymer yn-ddibynnol ar amser, mae'r dargludedd ïonig ar dymheredd islaw pwynt toddi'r polymer hefyd yn-ddibynnol ar amser. Ar ben hynny, mae dargludedd ïon lithiwm electrolytau polymer yn gysylltiedig â'r gyfradd wresogi, y gyfradd oeri, a'r amser ymlacio. Er enghraifft, mae amser ymlacio hirach yn arwain at strwythur grisial polymer mwy cyflawn a chrisialedd uwch, gan arwain at ostyngiad graddol mewn dargludedd ïonig i'r lleiaf posibl gydag amser ymlacio cynyddol. Yn yr un modd, mae cyfradd oeri arafach yn arwain at grisialu mwy cyflawn, a bydd y dargludedd ïonig cyfatebol hefyd yn gostwng yn raddol i'r lleiafswm.

dysgu mwy

Gan gymryd yr electrolyt polymer solet deuaidd o PEO a LiCIO4 fel enghraifft, mae'r strwythur hwn yn cynnwys strwythurau cam lluosog. Yn gyntaf, gall LiClO4 a PEO ffurfio cyfadeiladau amrywiol, gan gynnwys PEO6-LiCIO4, PEO3-LiCIO4, PEO2-LiCIO4, a PEO-LiClO4. Yn eu plith, pan fydd O:Li=10: 1, PEO6-LiCIO4 yn gallu ffurfio eutectig gyda PEO, gyda phwynt toddi o 50 gradd . Yn ogystal, pan godir y tymheredd i 160 gradd, gellir ffurfio ewtectig mawr. Yn ystod y broses oeri, bydd yr ewtectig mawr yn cynhyrchu tri math gwahanol o spherulites: mae'r math cyntaf yn toddi uwchlaw 120 gradd ac mae ganddo gynnwys halen uchel; mae'r ail fath yn toddi rhwng 45 a 60 gradd, mae ganddo gynnwys halen isel, ac mae'n ffurfio'n araf; mae gan y trydydd math bwynt toddi ychydig yn is na'r polymer gwesteiwr ac mae'n ffurfio'n gyflymach. Mae ymchwil a dadansoddiad yn awgrymu bod: y math cyntaf o spherulite yn debygol o PEO3-LiCIO4; gall yr ail fath fod yn gymysgedd o gyfadeiladau PEO-LiCIO4 a PEO3-LiCIO4; ac mae'r trydydd math yn cyfateb i PEO ei hun. At hynny, gall y cynnwys halen lithiwm a'r broses trin gwres arwain at newidiadau strwythurol.

Mae electrolytau polymer yn ddosbarth o ddeunyddiau polymer swyddogaethol gyda dargludedd ïonig uchel, a ffurfiwyd gan adweithiau cymhlethdod rhwng polymerau a halwynau metel gan ddefnyddio polymerau fel y matrics. Yn dibynnu ar y matrics polymer, mae electrolytau polymer cyffredin yn cynnwys electrolytau polymer wedi'u seilio ar PEO, electrolytau polymer wedi'u seilio ar PVDE, electrolytau polymer wedi'u seilio ar PMMA, ac eraill. Yn wahanol i electrolytau cyflwr solid anorganig, mae electrolytau polymer yn ysgafn, yn elastig ac yn sefydlog. Fel electrolytau cyflwr solid anorganig, mae electrolytau polymer nid yn unig yn dargludo ïonau mewn batris ïon lithiwm ond hefyd yn gweithredu fel gwahanyddion batri. Mae gan electrolytau polymer y manteision canlynol yn bennaf:

Mae'r cyfadeiladau a ffurfiwyd gan wahanol halwynau lithiwm (gan gynnwys LBF4, LIPF6, LiCFSO4, a LiASF6) gyda PEO yn y bôn yn debyg i'r rhai a ffurfiwyd gan LiCIO4, sy'n golygu nad yw'r math o halen lithiwm yn cael unrhyw effaith uniongyrchol ar y math o gymhleth a ffurfiwyd gyda PEO. Yn benodol, gall LiBF ffurfio dau gyfadeilad gyda PEO: PEO4-LIBF a PEO,S-LiBF. Pan fo'r gymhareb O/Li rhwng 16 a 20, gall PEO2.5{-LIBF4 ffurfio ewtectig gyda PEO. Gall LPF6 hefyd ffurfio dau gyfadeilad gyda PEO: PEO6-LiPF6 a PEO:-LiPF6. Mae'r ddau gyfadeilad a ffurfiwyd gan LiASF6 gyda PEO yn debyg i rai LiPF6, ond gyda phwyntiau toddi cymharol uwch. Gall halwynau lithiwm anion mawr hefyd ffurfio cyfadeiladau gyda PEO, ond mae'r cineteg yn llawer arafach. Ar ben hynny, mae'r pwysau hefyd yn effeithio ar dwf grisial i ryw raddau. Mae pwysedd uwch yn hyrwyddo twf spherulite, yn lleihau'r rhanbarth amorffaidd, ac yn lleihau dargludedd lithiwm-ion yn gyfatebol.