Hannergrond

Am Joer 1800 huet den italienesche Physiker A. Volta de voltaesche Koup gebaut, deen den Ufank vu praktesche Batterien opgemaach huet a fir d'éischte Kéier d'Wichtegkeet vum Elektrolyt an elektrochemeschen Energiespeichergeräter beschriwwen huet. Den Elektrolyt kann als elektronesch isoléierend an ionleitend Schicht a Form vu Flëssegkeet oder Feststoff gesi ginn, déi tëscht den negativen a positiven Elektroden agebaut gëtt. Am Moment gëtt dee fortgeschrattsten Elektrolyt gemaach andeems de feste Lithiumsalz (zB LiPF6) an net-wässerlechen organesche Karbonat-Léisungsmëttel (zB EC an DMC) opgeléist gëtt. Wéi pro allgemeng Zellform an Design, stellt den Elektrolyt typesch 8% bis 15% vum Zellgewiicht aus. Wat's méi, seng flammability an optimal Betribssystemer Temperatur Gamme vun -10°C bis 60°C behënneren vill weider Verbesserung vun Batterie Energie Dicht a Sécherheet. Dofir ginn innovativ Elektrolytformuléierungen als de Schlëssel Enabler fir d'Entwécklung vun der nächster Generatioun vun neie Batterien ugesinn.

Fuerscher schaffen och fir verschidden Elektrolytsystemer z'entwéckelen. Zum Beispill, d'Benotzung vu fluorinéierte Léisungsmëttelen, déi effizient Lithium-Metall-Cycling, organesch oder anorganesch fest Elektrolyte erreechen kënnen, déi fir d'Gefierindustrie profitéieren an "Solidstatbatterien" (SSB). Den Haaptgrond ass datt wann de festen Elektrolyt den ursprénglechen flëssege Elektrolyt an den Diaphragma ersetzt, kann d'Sécherheet, eng eenzeg Energiedicht an d'Liewen vun der Batterie wesentlech verbessert ginn. Als nächst resuméiere mir haaptsächlech de Fuerschungsprogress vu festen Elektrolyte mat verschiddene Materialien.

Anorganesch fest Elektrolyte

Anorganesch fest Elektrolyte goufen a kommerziellen elektrochemeschen Energiespeichergeräter benotzt, sou wéi e puer Héichtemperatur nofëllbar Batterien Na-S, Na-NiCl2 Batterien a primär Li-I2 Batterien. Zréck am Joer 2019 huet den Hitachi Zosen (Japan) eng ganz Feststoffbeutel Batterie vun 140 mAh demonstréiert fir am Weltraum ze benotzen an op der International Space Station (ISS) getest ze ginn. Dës Batterie besteet aus engem Sulfidelektrolyt an aner onbekannte Batteriekomponenten, déi fäeg sinn tëscht -40 ze bedreiwen°C an 100°C. Am Joer 2021 stellt d'Firma eng méi héich Kapazitéit fest Batterie vun 1.000 mAh vir. Hitachi Zosen gesäit de Besoin fir zolidd Batterien fir haart Ëmfeld wéi Weltraum an Industrieausrüstung, déi an engem typesche Ëmfeld operéiert. D'Firma plangt d'Batteriekapazitéit ze verduebelen bis 2025. Awer bis elo gëtt et keen off-the-shelf all-solid-state Batterieprodukt dat an elektresche Gefierer benotzt ka ginn.

Organesch semi-fest a fest Elektrolyte

An der organescher festen Elektrolytkategorie huet de franséische Bolloré e Gel-Typ PVDF-HFP Elektrolyt an e Gel-Typ PEO Elektrolyt kommerzialiséiert. D'Firma huet och Auto-Sharing Pilotprogrammer an Nordamerika, Europa an Asien lancéiert fir dës Batterietechnologie op elektresch Gefierer anzebezéien, awer dës Polymerbatterie gouf ni wäit an Passagéierautoen ugeholl. Ee Faktor deen zu hirer schlechter kommerziell Adoptioun bäidréit ass datt se nëmme bei relativ héijen Temperaturen (50°C bis 80°C) an niddereg Volt Beräicher. Dës Akkuen ginn elo a kommerziell Gefierer benotzt, wéi e puer Stadbussen. Et gi keng Fäll fir mat pure festen Polymer Elektrolytbatterien bei Raumtemperatur ze schaffen (dh ongeféier 25°C).

D'Halleffest Kategorie enthält héich viskos Elektrolyte, wéi Salz-Léisungsmëttelmëschungen, d'Elektrolytléisung déi eng Salzkonzentratioun méi héich huet wéi de Standard 1 Mol / L, mat Konzentratioune oder Sättigungspunkte sou héich wéi 4 Mol / L. Eng Suerg mat konzentréierten Elektrolytmëschungen ass de relativ héijen Inhalt vu fluoréierte Salze, wat och Froen iwwer de Lithiumgehalt an den Ëmweltimpakt vun esou Elektrolyte stellt. Dëst ass well d'Kommerzialiséierung vun engem reife Produkt eng ëmfaassend Liewenszyklusanalyse erfuerdert. An d'Rohmaterialien fir déi preparéiert semi-fest Elektrolyte mussen och einfach a liicht verfügbar sinn fir méi einfach an elektresch Gefierer ze integréieren.

Hybrid Elektrolyte

Hybrid Elektrolyte, och bekannt als gemëschte Elektrolyte, kënne geännert ginn baséiert op wässerlechen / organesche Léisungsmëttel Hybrid Elektrolyte oder andeems eng net-wässerlech flësseg Elektrolytléisung zu engem festen Elektrolyt bäigefüügt gëtt, andeems d'Fabrikabilitéit an d'Skalierbarkeet vu festen Elektrolyte an d'Ufuerderunge fir d'Stacking Technologie berücksichtegt ginn. Wéi och ëmmer, sou Hybrid Elektrolyte sinn nach ëmmer an der Fuerschungsstadium an et gi keng kommerziell Beispiller.

Considératiounen fir kommerziell Entwécklung vun electrolytes

Déi gréisste Virdeeler vu festen Elektrolyte sinn héich Sécherheet a laang Zyklusliewen, awer déi folgend Punkte sollten suergfälteg berücksichtegt ginn wann Dir alternativ flësseg oder zolidd Elektrolyte evaluéiert:

• Fabrikatiounsprozess a Systemdesign vu festen Elektrolyt. Laboratoire Jauge Batterien besteet normalerweis aus festen Elektrolytpartikelen mat e puer honnert Mikron déck, op enger Säit vun den Elektroden beschichtet. Dës kleng zolidd Zellen sinn net representativ fir d'Performance déi fir grouss Zellen erfuerderlech ass (10 bis 100Ah), well d'Kapazitéit vun 10 ~ 100Ah d'Mindestspezifikatioun ass fir aktuell Stroumbatterien.
• Solid Elektrolyt ersetzt och d'Roll vun der Membran. Well säi Gewiicht an d'Dicke méi grouss si wéi PP / PE Membran, muss et ugepasst ginn fir d'Gewiichtdicht z'erreechen≥350 Wh/kgan Energie Dicht≥900 Wh/L fir seng Kommerzialiséierung ze vermeiden.

Batterie ass ëmmer e Sécherheetsrisiko zu engem gewësse Grad. Fest Elektrolyte, obwuel et méi sécher ass wéi Flëssegkeeten, ass net onbedéngt net brennbar. E puer Polymeren an anorganesch Elektrolyte kënne mat Sauerstoff oder Waasser reagéieren, Hëtzt a gëfteg Gase produzéieren, déi och e Feier- an Explosiounsgefor stellen. Zousätzlech zu eenzel Zellen, Plastik, Fäll a Packmaterialien kënnen onkontrolléierbar Verbrennung verursaachen. Also schlussendlech ass en holistesche Sécherheetstest op Systemniveau gebraucht.