Fon

1800-cü ildə italyan fiziki A. Volta praktiki batareyaların başlanğıcını açan və elektrokimyəvi enerji saxlama cihazlarında elektrolitin əhəmiyyətini ilk dəfə təsvir edən voltaik yığını qurdu. Elektrolit, mənfi və müsbət elektrodlar arasına daxil edilmiş maye və ya bərk formada elektron izolyasiya edən və ion keçirici təbəqə kimi görünə bilər. Hal-hazırda, ən qabaqcıl elektrolit bərk litium duzunu (məsələn, LiPF6) sulu olmayan üzvi karbonat həlledicidə (məsələn, EC və DMC) həll etməklə hazırlanır. Ümumi hüceyrə forması və dizaynına görə, elektrolit adətən hüceyrə çəkisinin 8%-15%-ni təşkil edir. Nə's daha çox, onun alovlanma qabiliyyəti və optimal iş temperaturu diapazonu -10°C-dən 60-a qədər°C batareyanın enerji sıxlığının və təhlükəsizliyinin daha da yaxşılaşdırılmasına böyük mane olur. Buna görə də, innovativ elektrolit formulaları yeni nəsil akkumulyatorların inkişafı üçün əsas vasitə hesab olunur.

Tədqiqatçılar müxtəlif elektrolit sistemlərinin yaradılması üzərində də çalışırlar. Məsələn, səmərəli litium metal dövriyyəsinə nail ola bilən flüorlu həlledicilərin istifadəsi, avtomobil sənayesi üçün faydalı olan üzvi və ya qeyri-üzvi bərk elektrolitlər və “bərk hal batareyaları” (SSB). Əsas səbəb odur ki, bərk elektrolit orijinal maye elektrolit və diafraqmanı əvəz edərsə, batareyanın təhlükəsizliyi, vahid enerji sıxlığı və ömrü əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırıla bilər. Sonra, biz əsasən müxtəlif materiallarla bərk elektrolitlərin tədqiqat tərəqqisini ümumiləşdiririk.

Qeyri-üzvi bərk elektrolitlər

Qeyri-üzvi bərk elektrolitlər bəzi yüksək temperaturlu təkrar doldurulan batareyalar Na-S, Na-NiCl2 batareyaları və ilkin Li-I2 batareyaları kimi kommersiya elektrokimyəvi enerji saxlama cihazlarında istifadə edilmişdir. 2019-cu ildə Hitachi Zosen (Yaponiya) kosmosda istifadə olunmaq və Beynəlxalq Kosmik Stansiyada (ISS) sınaqdan keçirmək üçün 140 mAh tutumlu tam bərk vəziyyətdə olan çanta batareyasını nümayiş etdirdi. Bu batareya sulfid elektrolitindən və digər açıqlanmayan batareya komponentlərindən ibarətdir və -40 arasında işləyə bilir.°C və 100°C. 2021-ci ildə şirkət 1000 mAh tutumlu daha yüksək tutumlu bərk batareya təqdim edəcək. Hitachi Zosen tipik mühitlərdə işləyən kosmik və sənaye avadanlıqları kimi sərt mühitlər üçün bərk batareyalara ehtiyac görür. Şirkət 2025-ci ilə qədər akkumulyatorun tutumunu iki dəfə artırmağı planlaşdırır. Lakin hələ ki, elektrik avtomobillərində istifadə oluna bilən tam bərk vəziyyətdə olan batareya məhsulu yoxdur.

Üzvi yarı bərk və bərk elektrolitlər

Üzvi bərk elektrolit kateqoriyasında Fransanın Bolloré şirkəti gel tipli PVDF-HFP elektrolitini və gel tipli PEO elektrolitini uğurla kommersiyalaşdırdı. Şirkət həmçinin bu akkumulyator texnologiyasını elektrik avtomobillərinə tətbiq etmək üçün Şimali Amerika, Avropa və Asiyada avtomobil paylaşma pilot proqramlarına start verib, lakin bu polimer akkumulyator heç vaxt minik avtomobillərində geniş yayılmayıb. Onların zəif kommersiya məqsədli qəbul edilməsinə kömək edən amillərdən biri onların yalnız nisbətən yüksək temperaturda istifadə edilə bilməsidir (50°C-dən 80-ə qədər°C) və aşağı gərginlik diapazonları. Bu akkumulyatorlar indi bəzi şəhər avtobusları kimi kommersiya avtomobillərində istifadə olunur. Otaq temperaturunda (yəni, təxminən 25 ° C) təmiz bərk polimer elektrolit batareyaları ilə işləmə halları yoxdur.°C).

Yarımbərk maddə kateqoriyasına duz-həlledici qarışıqlar, duz konsentrasiyası standart 1 mol/L-dən yüksək olan, konsentrasiyaları və ya doyma nöqtələri 4 mol/L kimi yüksək olan elektrolit məhlulu kimi yüksək özlü elektrolitlər daxildir. Konsentratlaşdırılmış elektrolit qarışıqları ilə bağlı narahatlıq flüorlu duzların nisbətən yüksək olmasıdır ki, bu da litiumun tərkibi və belə elektrolitlərin ətraf mühitə təsiri ilə bağlı suallar doğurur. Bunun səbəbi, yetkin bir məhsulun kommersiyalaşdırılması üçün hərtərəfli həyat dövrü təhlili tələb olunur. Hazırlanmış yarı bərk elektrolitlər üçün xammallar da sadə olmalıdır və elektrik nəqliyyat vasitələrinə daha asan inteqrasiya oluna bilər.

Hibrid elektrolitlər

Qarışıq elektrolitlər kimi də tanınan hibrid elektrolitlər sulu/üzvi həlledici hibrid elektrolitlərə əsaslanaraq və ya bərk elektrolitlərin istehsal qabiliyyətini və miqyasını və yığma texnologiyasına olan tələbləri nəzərə alaraq bərk elektrolitə qeyri-sulu maye elektrolit məhlulu əlavə etməklə dəyişdirilə bilər. Bununla belə, belə hibrid elektrolitlər hələ də tədqiqat mərhələsindədir və kommersiya nümunələri yoxdur.

Elektrolitlərin kommersiya inkişafı üçün mülahizələr

Bərk elektrolitlərin ən böyük üstünlükləri yüksək təhlükəsizlik və uzun dövriyyə müddətidir, lakin alternativ maye və ya bərk elektrolitləri qiymətləndirərkən aşağıdakı məqamlar diqqətlə nəzərdən keçirilməlidir:

• Bərk elektrolitin istehsal prosesi və sistem dizaynı. Laboratoriya ölçmə batareyaları adətən elektrodların bir tərəfində örtülmüş bir neçə yüz mikron qalınlığı olan bərk elektrolit hissəciklərindən ibarətdir. Bu kiçik bərk hüceyrələr böyük hüceyrələr (10-100Ah) üçün tələb olunan performansı təmsil etmir, çünki 10~100Ah tutumu cari güc batareyaları üçün tələb olunan minimum spesifikasiyadır.
• Bərk elektrolit də diafraqmanın rolunu əvəz edir. Onun çəkisi və qalınlığı PP/PE diafraqmasından daha çox olduğundan, çəki sıxlığına nail olmaq üçün tənzimlənməlidir.≥350Wh/kqvə enerji sıxlığı≥900Wh/Onun kommersiyalaşdırılmasına mane olmamaq üçün L.

Batareya həmişə müəyyən dərəcədə təhlükəsizlik riskidir. Bərk elektrolitlər, mayelərdən daha təhlükəsiz olsalar da, yanmazlar. Bəzi polimerlər və qeyri-üzvi elektrolitlər oksigen və ya su ilə reaksiya verə bilər, istilik və zəhərli qazlar əmələ gətirir ki, bu da yanğın və partlayış təhlükəsi yaradır. Tək hüceyrələrə əlavə olaraq, plastiklər, qutular və qablaşdırma materialları idarəolunmaz yanmaya səbəb ola bilər. Beləliklə, nəhayət, vahid, sistem səviyyəsində təhlükəsizlik testinə ehtiyac var.