Суурь

1800 онд Италийн физикч А.Вольта практик батерейны эхлэлийг нээж, электрохимийн эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжид электролитийн ач холбогдлыг анх удаа тодорхойлсон вольтийн овоолгыг бүтээжээ. Электролитийг сөрөг ба эерэг электродын хооронд байрлуулсан шингэн эсвэл хатуу хэлбэрийн электрон тусгаарлагч, ион дамжуулагч давхарга гэж харж болно. Одоогийн байдлаар хамгийн дэвшилтэт электролитийг хатуу литийн давсыг (жишээ нь, LiPF6) усан бус органик карбонатын уусгагч (жишээлбэл, EC ба DMC) уусгах замаар гаргаж авдаг. Эсийн ерөнхий хэлбэр, дизайны дагуу электролит нь эсийн жингийн 8-15% -ийг эзэлдэг. Юу's илүү, түүний шатамхай, оновчтой ажиллах температурын хүрээ -10°C-аас 60 хүртэл°C нь батерейны эрчим хүчний нягтрал, аюулгүй байдлыг цаашид сайжруулахад ихээхэн саад учруулж байна. Тиймээс электролитийн шинэлэг найрлага нь дараагийн үеийн шинэ батерейг хөгжүүлэх гол хүчин зүйл гэж үздэг.

Судлаачид янз бүрийн электролитийн системийг бий болгохоор ажиллаж байна. Жишээлбэл, фторжуулсан уусгагчийг ашиглах нь литийн металлыг үр ашигтайгаар эргүүлэх, тээврийн хэрэгслийн үйлдвэрлэлд ашиг тустай органик эсвэл органик бус хатуу электролит, "хатуу төлөвт батерей" (SSB) юм. Үүний гол шалтгаан нь хэрэв хатуу электролит нь анхны шингэн электролит ба диафрагмыг орлуулж чадвал батерейны аюулгүй байдал, нэг эрчим хүчний нягтрал, ашиглалтын хугацаа мэдэгдэхүйц сайжирна. Дараа нь бид янз бүрийн материал бүхий хатуу электролитийн судалгааны явцыг голчлон нэгтгэн харуулав.

Органик бус хатуу электролит

Органик бус хатуу электролитийг өндөр температурт цэнэглэдэг зарим Na-S, Na-NiCl2 батерей, анхдагч Li-I2 батерей зэрэг арилжааны цахилгаан химийн эрчим хүч хадгалах төхөөрөмжид ашигласан. 2019 онд Хитачи Зосен (Япон) сансарт ашиглах, Олон улсын сансрын станц (ОУСС) дээр турших 140 мАч хүчин чадалтай бүхэл бүтэн хатуу төлөвт ууттай батерейг үзүүлжээ. Энэхүү батерей нь сульфидын электролит болон бусад тодорхойгүй батерейны бүрэлдэхүүн хэсгүүдээс бүрдэх ба -40 хооронд ажиллах чадвартай.°C ба 100°C. 2021 онд тус компани 1000 мАч хүчин чадалтай хатуу батерейг нэвтрүүлэх гэж байна. Хитачи Зосен ердийн орчинд ажилладаг сансрын болон үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмж зэрэг хатуу ширүүн орчинд хатуу батерей хэрэгтэй гэж үздэг. Тус компани 2025 он гэхэд батерейны хүчин чадлыг хоёр дахин нэмэгдүүлэхээр төлөвлөж байна.Гэхдээ одоогоор цахилгаан машинд ашиглах боломжтой бүх төрлийн хатуу төлөвт батерейны бүтээгдэхүүн байхгүй байна.

Органик хагас хатуу ба хатуу электролит

Органик хатуу электролитийн ангилалд Францын Боллоре гель төрлийн PVDF-HFP электролит болон гель төрлийн PEO электролитийг амжилттай арилжаалсан. Тус компани мөн Хойд Америк, Европ, Азид энэхүү батерейны технологийг цахилгаан тээврийн хэрэгсэлд ашиглахын тулд автомашин хуваалцах туршилтын хөтөлбөрүүдийг эхлүүлсэн боловч энэхүү полимер батерейг суудлын автомашинд хэзээ ч өргөн нэвтрүүлж байгаагүй. Тэдний арилжааны хэрэглээнд муугаар нөлөөлж буй нэг хүчин зүйл бол тэдгээрийг зөвхөн харьцангуй өндөр температурт ашиглах боломжтой байдаг (50°C-аас 80 хүртэл°C) ба бага хүчдэлийн мужууд. Эдгээр батерейг одоо зарим хотын автобус гэх мэт арилжааны тээврийн хэрэгсэлд ашиглаж байна. Өрөөний температурт цэвэр хатуу полимер электролитийн батерейгаар ажиллах тохиолдол байдаггүй (өөрөөр хэлбэл 25 орчим).°C).

Хагас хатуу бодисын ангилалд давс-уусгагчийн хольц зэрэг өндөр наалдамхай электролитүүд, давсны концентраци нь стандарт 1 моль/л-ээс их, концентраци буюу ханалтын цэг нь 4 моль/л хүртэл өндөр электролитийн уусмал орно. Баяжуулсан электролитийн хольцтой холбоотой асуудал бол фторжуулсан давсны харьцангуй өндөр агууламж бөгөөд ийм электролитийн литийн агууламж, хүрээлэн буй орчинд үзүүлэх нөлөөллийн талаар асуулт үүсгэдэг. Учир нь боловсорч гүйцсэн бүтээгдэхүүнийг арилжаанд оруулахын тулд амьдралын мөчлөгийн иж бүрэн дүн шинжилгээ хийх шаардлагатай болдог. Мөн бэлтгэсэн хагас хатуу электролитийн түүхий эдийг цахилгаан машинд хялбархан оруулахын тулд энгийн бөгөөд бэлэн байх шаардлагатай.

Гибрид электролит

Холимог электролит гэж нэрлэгддэг эрлийз электролитийг усан/органик уусгагч эрлийз электролит дээр үндэслэн өөрчлөх эсвэл хатуу электролитийн үйлдвэрлэх, масштаблах чадвар, овоолгын технологид тавигдах шаардлагыг харгалзан усгүй шингэн электролитийн уусмалыг хатуу электролитэд нэмэх замаар өөрчилж болно. Гэсэн хэдий ч ийм эрлийз электролитууд судалгааны шатандаа байгаа бөгөөд арилжааны жишээ байхгүй байна.

Электролитийг арилжааны аргаар боловсруулахад анхаарах зүйлс

Хатуу электролитийн хамгийн том давуу тал нь өндөр аюулгүй байдал, урт хугацааны эргэлтийн хугацаа боловч өөр шингэн эсвэл хатуу электролитийг үнэлэхдээ дараахь зүйлийг анхааралтай авч үзэх хэрэгтэй.

• Хатуу электролитийн үйлдвэрлэлийн процесс ба системийн дизайн. Лабораторийн хэмжигч батерейнууд нь ихэвчлэн электродын нэг талд бүрсэн хэдэн зуун микрон зузаантай хатуу электролитийн хэсгүүдээс бүрддэг. 10~100Ah багтаамж нь одоогийн цахилгаан батерейнд шаардагдах хамгийн бага үзүүлэлт учраас эдгээр жижиг цул эсүүд нь том эсүүдэд (10-аас 100Ah) шаардагдах гүйцэтгэлийг төлөөлдөггүй.
• Мөн хатуу электролит нь диафрагмын үүргийг орлуулдаг. Түүний жин ба зузаан нь PP/PE диафрагмаас их байдаг тул жингийн нягтралд хүрэхийн тулд үүнийг тохируулах шаардлагатай.≥350Wh / кгба эрчим хүчний нягтрал≥900Wh/L-ийг арилжаанд оруулахад саад учруулахгүйн тулд.

Батерей нь ямар нэг хэмжээгээр аюулгүй байдлын эрсдэлтэй байдаг. Хатуу электролит нь шингэнээс илүү аюулгүй боловч шатамхай биш байх албагүй. Зарим полимер болон органик бус электролит нь хүчилтөрөгч эсвэл устай урвалд орж, дулаан, хорт хий үүсгэдэг бөгөөд энэ нь гал, дэлбэрэлтийн аюулыг үүсгэдэг. Нэг эсээс гадна хуванцар, хайрцаг, сав баглаа боодлын материалууд нь хяналтгүй шаталтыг үүсгэдэг. Тиймээс эцсийн дүндээ системийн түвшний аюулгүй байдлын тест хийх шаардлагатай байна.