ແນະນໍາກັບ Solid Electrolytes

 

ທາດ electrolytes ແຂງມີຂໍ້ດີຫຼາຍຕໍ່ກັບ electrolytes ແຫຼວ. ຕົວຢ່າງ, ພວກເຂົາສາມາດຫຼຸດຜ່ອນການຜິດປົກກະຕິຂອງ electrode ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟແລະການໄຫຼ, ປັບປຸງຄວາມປອດໄພ. ພວກເຂົາເຈົ້າຍັງມີຄວາມຫມັ້ນຄົງທີ່ດີເລີດ, ງ່າຍຕໍ່ການປຸງແຕ່ງ, ແລະການຂະຫຍາຍຕົວຂອງlithiumdendrites ສາມາດຖືກຫຼຸດໜ້ອຍລົງໃນຕົວເຮັດລະລາຍ-ອິເລັກໂທຣອຍໂພລີເມີລີແຂງຟຣີ.

ຫມໍ້ໄຟ lithium{0}}ໄອອອນທີ່ໃຊ້ electrolytes ໂພລີເມີແຂງສາມາດປ້ອງກັນບັນຫາການຮົ່ວໄຫຼທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ electrolytes ຂອງແຫຼວ.

ໂພລີເມີແມ່ນງ່າຍທີ່ຈະປຸງແຕ່ງແລະສາມາດຂະຫນາດນ້ອຍ. ເນື່ອງຈາກມີພລາສຕິກສູງ, ໂພລີເມີສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສ້າງແບດເຕີຣີ້ຟິມ-ບາງໆ. ໂຄງສ້າງແບດເຕີຣີທີ່ແຕກຕ່າງກັນສາມາດຖືກຜະລິດໂດຍໃຊ້ electrolytes ໂພລີເມີເພື່ອຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຕ່າງໆ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, electrolytes ໂພລີເມີສະ ໜອງ ສານເຄມີ, ເຄມີໄຟຟ້າ, ແລະຄວາມສະຖຽນຂອງຄວາມຮ້ອນທີ່ສູງກວ່າເມື່ອທຽບກັບ electrolytes ຂອງແຫຼວ, ມີປະຕິກິລິຍາຂ້າງຄຽງຫນ້ອຍກັບ electrodes ແລະລະດັບອຸນຫະພູມປະຕິບັດງານທີ່ກວ້າງກວ່າ. ຄວາມຍືດຫຍຸ່ນຂອງ electrolytes ໂພລີເມີສາມາດ buffer ການປ່ຽນແປງປະລິມານຂອງ electrodes ໃນລະຫວ່າງການຮັບຜິດຊອບແລະການໄຫຼ, ສະຖຽນລະພາບໂຄງສ້າງຫມໍ້ໄຟ. ດັ່ງນັ້ນ, ຫຼັງຈາກການເຮັດທຸລະກໍາຂອງຫມໍ້ໄຟຂອງແຫຼວ-ໄອອອນ, ເທັກໂນໂລຍີຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ໂດຍອີງໃສ່ electrolytes polymer ຈະພັດທະນາຢ່າງໄວວາແລະປະສົບຜົນສໍາເລັດທາງດ້ານການຄ້າ.

ມີຫຼາຍວິທີການຈັດປະເພດ electrolytes polymer, ແລະມາດຕະຖານແຕກຕ່າງກັນ. ໃນປັດຈຸບັນ, ທາດອິເລັກໂທຣອຍໂພລີເມີເອັນແຂງສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຖືກຈຳແນກຕາມປະເພດຂອງໂພລິເມີທີ່ໃຊ້, ເຊັ່ນ: polyether ທີ່ມີຊື່ສຽງທີ່ສຸດ-ໂພລີເອທິລີນອອກໄຊ (PEO), ເຊັ່ນດຽວກັນກັບໂພລີເມທີລເມຕາຄຣີເລດ (PMMA) ແລະໂພລີອາຄຼີໂລນໄນທຣິກ (PAN). ເວົ້າໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ, ໂພລີເມີລີເມີຼດລີຕີດຕ້ອງຕອບສະໜອງໄດ້ເງື່ອນໄຂຕໍ່ໄປນີ້ເພື່ອນຳໃຊ້ໃນແບດເຕີຣີລີທຽມ-ໄອອອນ.

ໃນລະບົບ electrolyte ໂພລີເມີໃນປະຈຸບັນ, ໂພລິເມີສະແດງເຖິງຄວາມເລິກທີ່ສໍາຄັນຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ, ເຊິ່ງອະທິບາຍວ່າເປັນຫຍັງການນໍາຂອງ electrolytes polymer ແຂງຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງແມ່ນຕ່ໍາກວ່າ electrolytes ແຫຼວຫຼາຍ. ໄປເຊຍກັນຫຼາຍທີ່ສຸດໃນໂພລີເມີແມ່ນ spherulites, ມີພື້ນທີ່ amorphous ລະຫວ່າງພວກມັນ. ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວມັນເຊື່ອກັນວ່າ lithium{2}}ການນໍາຂອງ ion ຕົ້ນຕໍເກີດຂຶ້ນຢູ່ໃນພາກພື້ນ amorphous ເຫຼົ່ານີ້.

ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມເຂົ້າໃຈໂຄງສ້າງໄລຍະຂອງໂພລີເມີແມ່ນເປັນປະໂຫຍດສໍາລັບການສຶກສາກົນໄກການນໍາຂອງ lithium{0}}ion.

ສໍາລັບລະບົບ electrolyte binary polymer, ໂຄງສ້າງໄລຍະສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບດ້ວຍສອງປະເພດ: ພາກພື້ນ crystalline ແລະພາກພື້ນ amorphous. ການສ້າງຕັ້ງຂອງພາກພື້ນ crystalline ແມ່ນຂັບເຄື່ອນ kinetically ແລະກ່ຽວຂ້ອງໂດຍກົງກັບເງື່ອນໄຂການກະກຽມສະເພາະແລະເວລາ. ເວົ້າຢ່າງເຂັ້ມງວດ, ເນື່ອງຈາກການປະກົດຕົວຂອງພາກພື້ນ crystalline ໃນລະບົບໂພລີເມີ, ແລະການປ່ຽນແປງທີ່ສໍາຄັນຂອງພາກພື້ນເຫຼົ່ານີ້ມີເງື່ອນໄຂທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ການປຽບທຽບການນໍາຂອງປະເພດທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງ electrolytes polymer ແມ່ນບໍ່ວິທະຍາສາດຫຼາຍ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂສະເພາະໃດຫນຶ່ງ, ຖ້າຫາກວ່າການຂະຫຍາຍຕົວຂອງພາກພື້ນ crystalline ຊ້າແລະ deviation ໃນ conductivity ionic ຢູ່ໃນຂອບເຂດທີ່ຍອມຮັບ, ການປຽບທຽບ conductivity ແມ່ນຍອມຮັບ. ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ພວກເຮົາມັກຈະປຽບທຽບຜົນໄດ້ຮັບທີ່ແຕກຕ່າງກັນ.

ເນື່ອງຈາກການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ spherulites ໃນໂພລີເມີແມ່ນໃຊ້ເວລາ-ຂຶ້ນກັບ, ການນໍາຂອງໄອອອນທີ່ອຸນຫະພູມຕ່ໍາກວ່າຈຸດລະລາຍຂອງໂພລີເມີແມ່ນເວລາ-ຂຶ້ນກັບ. ນອກຈາກນັ້ນ, ລິດຂອງ lithium{3}}ການນໍາຂອງ ion ຂອງ electrolytes ໂພລີເມີແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບອັດຕາການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນ, ອັດຕາການເຮັດຄວາມເຢັນ, ແລະເວລາຜ່ອນຄາຍ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ເວລາພັກຜ່ອນທີ່ຍາວກວ່າສົ່ງຜົນໃຫ້ໂຄງສ້າງຜລຶກໂພລີເມີທີ່ສົມບູນກວ່າແລະມີ crystallinity ສູງຂຶ້ນ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ການຫຼຸດລົງເທື່ອລະກ້າວຂອງການນໍາ ionic ຕ່ໍາສຸດກັບເວລາພັກຜ່ອນເພີ່ມຂຶ້ນ. ເຊັ່ນດຽວກັນ, ອັດຕາການເຢັນຊ້າລົງເຮັດໃຫ້ການໄປເຊຍກັນທີ່ສົມບູນຫຼາຍຂຶ້ນ, ແລະການນໍາທາງ ionic ທີ່ສອດຄ້ອງກັນກໍ່ຈະຄ່ອຍໆຫຼຸດລົງເປັນຕໍາ່ສຸດທີ່.

ຮຽນ​ຮູ້​ເພີ່ມ​ເຕີມ

ການເອົາ electrolyte polymer ແຂງຄູ່ຂອງ PEO ແລະ LiCIO4 ເປັນຕົວຢ່າງ, ໂຄງສ້າງນີ້ມີໂຄງສ້າງໄລຍະຫຼາຍ. ທໍາອິດ, LiClO4 ແລະ PEO ສາມາດປະກອບເປັນສະລັບສັບຊ້ອນຕ່າງໆ, ລວມທັງ PEO6-LiCIO4, PEO3-LiCIO4, PEO2-LiCIO4, ແລະ PEO-LiCIO4. ໃນບັນດາພວກມັນ, ເມື່ອ O:Li=10:1, PEO6-LiCIO4 ສາມາດສ້າງເປັນ eutectic ກັບ PEO, ດ້ວຍຈຸດລະລາຍຂອງ 50 ອົງສາ . ນອກຈາກນັ້ນ, ໃນເວລາທີ່ອຸນຫະພູມໄດ້ຖືກຍົກຂຶ້ນມາເປັນ 160 ອົງສາ, eutectic ຂະຫນາດໃຫຍ່ສາມາດໄດ້ຮັບການສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ. ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຮັດຄວາມເຢັນ, eutectic ຂະຫນາດໃຫຍ່ຈະຜະລິດສາມປະເພດທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງ spherulites: ປະເພດທໍາອິດ melts ຂ້າງເທິງ 120 ອົງສາແລະມີເນື້ອໃນເກືອສູງ; ປະເພດທີສອງ melts ລະຫວ່າງ 45 ແລະ 60 ອົງສາ, ມີເນື້ອໃນເກືອຕ່ໍາ, ແລະຮູບແບບຊ້າ; ປະ​ເພດ​ທີ​ສາມ​ມີ​ຈຸດ​ລະ​ລາຍ​ຕ​່​ໍ​າ​ເລັກ​ນ້ອຍ​ກ​່​ວາ​ໂພ​ລີ​ເມີ​ຂອງ​ເຈົ້າ​ພາບ​ແລະ​ຮູບ​ແບບ​ໄວ​ຫຼາຍ​. ການຄົ້ນຄວ້າແລະການວິເຄາະແນະນໍາວ່າ: ປະເພດທໍາອິດຂອງ spherulite ອາດຈະເປັນ PEO3-LiCIO4; ປະເພດທີສອງອາດຈະເປັນການປະສົມຂອງສະລັບສັບຊ້ອນ PEO-LiCIO4 ແລະ PEO3-LiCIO4; ແລະປະເພດທີສາມແມ່ນກົງກັບ PEO ເອງ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ເນື້ອໃນຂອງເກືອ lithium ແລະຂະບວນການປິ່ນປົວຄວາມຮ້ອນສາມາດນໍາໄປສູ່ການປ່ຽນແປງໂຄງສ້າງ.

Polymer electrolytes ແມ່ນປະເພດວັດສະດຸໂພລີເມີທີ່ມີປະໂຫຍດທີ່ມີການນໍາ ionic ສູງ, ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໂດຍປະຕິກິລິຍາສະລັບສັບຊ້ອນລະຫວ່າງໂພລີເມີແລະເກືອໂລຫະໂດຍໃຊ້ໂພລີເມີເປັນມາຕຣິກເບື້ອງ. ອີງຕາມເມທຣິກໂພລີເມີເຕີ, ອິເລັກໂທຣອຍໂພລີເມີທົ່ວໄປລວມມີ PEO-ອິເລັກໂທຣລີຕີ້ໂພລີເມີ, PVDE-ອິເລັກໂທຣລີຕີດໂພລີເມີ, PMMA-ອິເລັກໂທຣລີຕີ້ໂພລີເມີເອັນ ແລະ ອື່ນໆ. ບໍ່ເຫມືອນກັບຂອງແຂງອະນົງຄະທາດ-ລັດ electrolytes, ທາດອິເລັກໂທຼລິກໂພລີເມີມີນ້ຳໜັກເບົາ, ຢືດຢຸ່ນ, ແລະໝັ້ນຄົງ. ເຊັ່ນດຽວກັບຂອງແຂງອະນົງຄະທາດ-ໄຟຟ້າລັດ, ໂພລີເມີລີລິດບໍ່ພຽງແຕ່ນໍາ ion ໃນຫມໍ້ໄຟ lithium-ion ເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນຕົວແຍກຫມໍ້ໄຟ. Polymer electrolytes ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນມີຂໍ້ດີດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:

ສະລັບສັບຊ້ອນທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍເກືອ lithium ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ (ລວມທັງ LBF4, LIPF6, LiCFSO4, ແລະ LiASF6) ກັບ PEO ໂດຍພື້ນຖານແລ້ວແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍ LiCIO4, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າປະເພດຂອງເກືອ lithium ບໍ່ມີຜົນກະທົບໂດຍກົງຕໍ່ປະເພດຂອງສະລັບສັບຊ້ອນທີ່ສ້າງຂຶ້ນດ້ວຍ PEO. ໂດຍສະເພາະ, LiBF ສາມາດປະກອບເປັນສອງສະລັບສັບຊ້ອນກັບ PEO: PEO4-LIBF ແລະ PEO,S{17}}LiBF. ເມື່ອອັດຕາສ່ວນ O/Li ຢູ່ລະຫວ່າງ 16 ແລະ 20, PEO2.5-LIBF4 ສາມາດສ້າງເປັນ eutectic ກັບ PEO. LPF6 ຍັງສາມາດປະກອບເປັນສອງສະລັບສັບຊ້ອນທີ່ມີ PEO: PEO6-LiPF6 ແລະ PEO:-LiPF6. ສອງສະລັບສັບຊ້ອນທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍ LiASF6 ກັບ PEO ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບ LiPF6, ແຕ່ມີຈຸດລະລາຍທີ່ຂ້ອນຂ້າງສູງ. ເກືອ lithium anion ຂະຫນາດໃຫຍ່ຍັງສາມາດສ້າງສະລັບສັບຊ້ອນກັບ PEO, ແຕ່ kinetics ແມ່ນຊ້າກວ່າຫຼາຍ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ຄວາມກົດດັນຍັງສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ການເຕີບໂຕຂອງຜລຶກໃນບາງຂອບເຂດ. ຄວາມກົດດັນທີ່ສູງຂຶ້ນສົ່ງເສີມການເຕີບໂຕຂອງ spherulite, ຫຼຸດຜ່ອນພາກພື້ນ amorphous, ແລະຫຼຸດລົງການນໍາຂອງ lithium-ion ຕາມລໍາດັບ.