مزايا تطبيق المنحل بالكهرباء الصلبة

الإلكتروليت الصلب هو اتجاه في تطوير إلكتروليتات بطارية الليثيوم في المستقبل ، لأن تكنولوجيا بطاريات الإلكتروليت الصلبة قد تطورت حتى اليوم. من منظور تقني ، يمكن تقسيم الإلكتروليتات الصلبة إلى شوارد أكسيد ، إلكتروليتات كبريتيد ، إلكتروليتات بوليمر عضوية ، وإلكتروليتات LiPON. يمكن القول إنها ناضجة نسبيًا ، لكنها واجهت أيضًا عنق الزجاجة. هناك حاجة ماسة إلى ولادة جيل جديد من التكنولوجيا ، خاصة في مجال الطاقة الجديدة. من المتوقع أن تصبح بطاريات الحالة الصلبة الأكثر جاذبية بين تقنيات بطاريات الطاقة من الجيل التالي. نظرًا لأن جميع بطاريات الحالة الصلبة لا تتمتع فقط بنضج تكنولوجي مرتفع نسبيًا ، فقد اعتبرت العديد من شركات بطاريات الليثيوم أيون المحلية والأجنبية أيضًا تقنية بطاريات الحالة الصلبة بالكامل بمثابة احتياطي تكنولوجي مهم من الجيل التالي.

في التطور المبكر لتقنية بطاريات الحالة الصلبة ، بسبب الموصلية المنخفضة نسبيًا للمواد الصلبة بالكهرباء ، كان تركيز البحث والتطوير في الغالب على تحسين توصيل الإلكتروليتات الصلبة. لذلك ، جذبت إلكتروليتات الكبريتيد الصلبة وإلكتروليتات الأكسيد الصلبة ذات الموصلية الأيونية العالية نطاقًا واسعًا من الاهتمام.

تستخدم بطاريات الليثيوم أيون الصلبة بالكامل إلكتروليتات صلبة بدلاً من إلكتروليتات سائلة عضوية تقليدية ، والتي يمكن أن تحل مشكلات سلامة البطارية وهي مصادر طاقة كيميائية مثالية للسيارات الكهربائية وتخزين الطاقة على نطاق واسع المفتاح هو تحضير إلكتروليتات صلبة ذات موصلية عالية في درجة حرارة الغرفة وثبات كهروكيميائي ، بالإضافة إلى مواد إلكترود عالية الطاقة مناسبة لجميع بطاريات أيونات الليثيوم الصلبة ، وتحسين توافق القطب الكهربائي / واجهة الإلكتروليت الصلبة.

يتم تطوير بطاريات الليثيوم الصلبة على أساس بطاريات الليثيوم. بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم التقليدية ، لم تعد تستخدم بشكل أساسي السائل أو الهلام كمواد موصلة بين الأقطاب الموجبة والسالبة ، مما يحسن بشكل كبير من سلامة السيارة والقدرة على تحمل درجات الحرارة المرتفعة. . تتميز بمزايا الأمان العالي ، كثافة الطاقة العالية ، دورة الحياة الطويلة ، ونطاق درجة حرارة التشغيل الواسع ، من بينها جوهر الإلكتروليت الصلب.

يمكن تقسيم الإلكتروليتات الصلبة للأكسيد إلى بلوري وزجاجي (غير متبلور) وفقًا لبنية المادة. تشتمل الإلكتروليتات البلورية على نوع البيروفسكايت ، ونوع NASICON ، ونوع LISICON ، ونوع العقيق ، وما إلى ذلك. المحلول الكهربائي للأكسيد الزجاجي. نقطة البحث الفعالة هي الإلكتروليت من نوع LiPON المستخدم في بطاريات الأغشية الرقيقة.

يتمتع الإلكتروليت الصلب البلوري للأكسيد باستقرار كيميائي عالي ويمكن أن يتواجد بثبات في الغلاف الجوي ، وهو أمر مفيد للإنتاج على نطاق واسع لجميع البطاريات ذات الحالة الصلبة. ينصب تركيز البحث على تحسين التوصيل الأيوني لدرجة حرارة الغرفة وتوافقها مع الأقطاب الكهربائية. في الوقت الحاضر ، تتمثل طرق تحسين التوصيلية بشكل أساسي في استبدال العناصر وتعاطي المنشطات غير المتكافئة ، كما أن التوافق مع الأقطاب الكهربائية يعد أيضًا مسألة مهمة تقيد تطبيقه.

أكثر الإلكتروليتات الصلبة المتبلورة الكبريتيد شيوعًا هو thio-LISICON ، الذي اكتشفه البروفيسور كانو من معهد طوكيو للتكنولوجيا في نظام Li2S-GeS2-P2S. التركيب الكيميائي هو Li4-xGe1-xPxS4 ، وموصلية الأيون في درجة حرارة الغرفة تصل إلى 2.2 × 10. -3S / سم (حيث x=0.75) ، ويمكن تجاهل الموصلية الإلكترونية. الصيغة الكيميائية العامة لـ thio-LISICON هي Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge ، Si ، إلخ ، B=P ، Al ، Zn ، إلخ).

يتكون المنحل بالكهرباء الصلب من زجاج الكبريتيد عادةً من P2S5 و SiS2 و B2S3 ومشكِّلات شبكات أخرى ومعدِّل الشبكة Li2S. يشتمل النظام بشكل أساسي على Li2S-P2S5 و Li2S-SiS2 و Li2S-B2S3. يحتوي التركيب على نطاق تباين واسع ، وموصلية أيونات عالية في درجة حرارة الغرفة ، واستقرار حراري عالي ، وأداء أمان جيد ، ونافذة استقرار كهروكيميائية واسعة (حتى 5 فولت). لها مزايا بارزة في بطاريات الحالة الصلبة عالية الطاقة وعالية الحرارة المنخفضة ولديها إمكانات كبيرة لمواد إلكتروليت للبطارية ذات الحالة الصلبة.

يتكون المحلول الكهربائي الصلب للبوليمر من مصفوفة بوليمر (مثل البوليستر والبوليميراز والبوليامين ، إلخ) وملح الليثيوم (مثل LiClO4 ، LiAsF4 ، LiPF6 ، LiBF4 ، وما إلى ذلك) ، بسبب وزنه الخفيف ، ومرونة اللزوجة الجيدة ، وممتازة وقد حظي أداء المعالجة الميكانيكية وخصائص أخرى باهتمام واسع النطاق.

تشمل SPEs الشائعة أكسيد البولي إيثيلين (PEO) ، بولي أكريلونيتريل (PAN) ، فلوريد البولي فينيلدين (PVDF) ، بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) ، أكسيد البولي بروبيلين (PPO) ، بولي فينيل إيدن كلوريد (PVDC) وأنظمة إلكتروليت أحادية البوليمر.

في الوقت الحاضر ، لا تزال مصفوفة SPE السائدة هي أول PEO المقترح ومشتقاته ، ويرجع ذلك أساسًا إلى استقرار PEO إلى الليثيوم المعدني وقدرته على فصل أملاح الليثيوم بشكل أفضل.

يتكون الإلكتروليت LiPON بواسطة مختبر أوك ريدج الوطني (ORNL) في الولايات المتحدة. تم تحضير فيلم الإلكتروليت من أكسيد الليثيوم والفوسفور (LiPON) عن طريق رش هدف Li3P04 عالي النقاء باستخدام جهاز رش المغنطرون بالتردد الراديوي في جو من النيتروجين عالي النقاء.

من المفهوم أن المادة لديها أداء شامل ممتاز ، الموصلية الأيونية لدرجة حرارة الغرفة هي 2.3 × 10-6S / سم ، النافذة الكهروكيميائية 5.5 فولت (http://vs.Li/Li+) ، الاستقرار الحراري جيد ، والأقطاب الموجبة مثل LiCoO2 و LiMn2O4 والأقطاب الكهربائية السلبية مثل معدن الليثيوم وسبائك الليثيوم لديها توافق جيد. تعتمد الموصلية الأيونية لفيلم LiPON على البنية غير المتبلورة ومحتوى N في مادة الفيلم. يمكن أن تؤدي زيادة محتوى N إلى تحسين التوصيل الأيوني.