Background

Niadtong 1800, ang Italyano nga pisiko nga si A. Volta nagtukod sa voltaic pile, nga nagbukas sa sinugdanan sa praktikal nga mga baterya ug gihulagway sa unang higayon ang importansya sa electrolyte sa electrochemical energy storage devices. Ang electrolyte makita nga usa ka elektronik nga insulating ug ion-conducting layer sa porma sa likido o solid, nga gisal-ut taliwala sa negatibo ug positibo nga mga electrodes. Sa pagkakaron, ang pinaka-abante nga electrolyte gihimo pinaagi sa pagtunaw sa solid lithium salt (eg LiPF6) sa non-aqueous organic carbonate solvent (eg EC ug DMC). Sumala sa kinatibuk-ang porma ug disenyo sa selula, ang electrolyte kasagarang mokabat sa 8% ngadto sa 15% sa gibug-aton sa selula. Unsa'Dugang pa, ang pagkasunog niini ug ang labing kamalaumon nga sakup sa temperatura sa operasyon nga -10°C sa 60°Gibabagan pag-ayo sa C ang dugang nga pag-uswag sa density ug kaluwasan sa enerhiya sa baterya. Busa, ang mga bag-ong pormulasyon sa electrolyte gikonsiderar nga yawe nga enabler alang sa pag-uswag sa sunod nga henerasyon sa mga bag-ong baterya.

Ang mga tigdukiduki nagtrabaho usab sa paghimo sa lainlaing mga sistema sa electrolyte. Pananglitan, ang paggamit sa fluorinated solvents nga makab-ot ang episyente nga lithium metal cycling, organic o inorganic solid electrolytes nga makabenepisyo sa industriya sa sakyanan ug "solid state batteries" (SSB). Ang nag-unang rason mao nga kung ang solid electrolyte mopuli sa orihinal nga liquid electrolyte ug diaphragm, ang kaluwasan, single energy density ug kinabuhi sa baterya mahimong mapauswag pag-ayo. Sunod, gi-summarize namon ang pag-uswag sa panukiduki sa solid electrolytes nga adunay lainlaing mga materyales.

Dili organikong solid electrolyte

Ang dili organikong solid electrolytes gigamit sa komersyal nga electrochemical energy storage devices, sama sa pipila ka high-temperature rechargeable nga mga baterya nga Na-S, Na-NiCl2 nga mga baterya ug nag-unang Li-I2 nga mga baterya. Balik sa 2019, ang Hitachi Zosen (Japan) nagpakita sa usa ka all-solid-state pouch nga baterya nga 140 mAh nga gamiton sa kawanangan ug sulayan sa International Space Station (ISS). Kini nga baterya gilangkuban sa usa ka sulfide electrolyte ug uban pang wala gibutyag nga mga sangkap sa baterya, nga makahimo sa pag-operate tali sa -40°C ug 100°C. Sa 2021 ang kompanya nagpaila sa usa ka mas taas nga kapasidad nga solid nga baterya nga 1,000 mAh. Nakita sa Hitachi Zosen ang panginahanglan alang sa mga solidong baterya alang sa mga mapintas nga palibot sama sa wanang ug kagamitan sa industriya nga naglihok sa usa ka kasagaran nga palibot. Ang kompanya nagplano nga doblehon ang kapasidad sa baterya sa 2025. Apan hangtod karon, wala’y off-the-shelf nga all-solid-state nga produkto sa baterya nga magamit sa mga de-koryenteng salakyanan.

Organikong semi-solid ug solidong electrolyte

Sa organikong solid electrolyte nga kategorya, ang Bolloré sa France malampuson nga na-komersyal ang usa ka gel-type nga PVDF-HFP electrolyte ug usa ka gel-type nga PEO electrolyte. Naglunsad usab ang kompanya og mga programa sa piloto sa car-sharing sa North America, Europe ug Asia aron magamit kini nga teknolohiya sa baterya sa mga de-koryenteng mga sakyanan, apan kini nga polymer nga baterya wala pa kaylap nga gisagop sa mga sakyanan sa pasahero. Usa ka hinungdan nga nakatampo sa ilang dili maayo nga komersyal nga pagsagop mao nga kini magamit lamang sa medyo taas nga temperatura (50°C sa 80°C) ug ubos nga boltahe nga han-ay. Kini nga mga baterya gigamit na karon sa mga komersyal nga mga sakyanan, sama sa pipila ka mga bus sa siyudad. Walay mga kaso sa pagtrabaho sa puro solid polymer electrolyte nga mga baterya sa temperatura sa lawak (ie, mga 25°C).

Ang semisolid nga kategorya naglakip sa hilabihan ka malapot nga mga electrolyte, sama sa mga salt-solvent mixtures, ang electrolyte solution nga adunay asin nga konsentrasyon nga mas taas kay sa standard nga 1 mol/L, nga adunay mga konsentrasyon o saturation point nga ingon kataas sa 4 mol/L. Ang usa ka kabalaka sa konsentrado nga mga sagol nga electrolyte mao ang medyo taas nga sulud sa mga fluorinated salts, nga nagpatungha usab mga pangutana bahin sa sulud sa lithium ug epekto sa kinaiyahan sa ingon nga mga electrolyte. Kini tungod kay ang komersyalisasyon sa usa ka hamtong nga produkto nanginahanglan usa ka komprehensibo nga pagtuki sa siklo sa kinabuhi. Ug ang mga hilaw nga materyales alang sa giandam nga semi-solid electrolytes kinahanglan usab nga yano ug dali nga magamit aron mas dali nga ma-integrate sa mga electric vehicle.

Hybrid electrolytes

Ang hybrid electrolytes, nailhan usab nga mixed electrolytes, mahimong usbon base sa aqueous/organic solvent hybrid electrolytes o pinaagi sa pagdugang og non-aqueous liquid electrolyte solution ngadto sa solid electrolyte, nga gikonsiderar ang paghimo ug scalability sa solid electrolytes ug ang mga kinahanglanon alang sa stacking technology. Bisan pa, ang ingon nga mga hybrid nga electrolyte anaa pa sa yugto sa panukiduki ug wala’y komersyal nga mga pananglitan.

Mga konsiderasyon alang sa komersyal nga pag-uswag sa mga electrolyte

Ang pinakadako nga bentaha sa solid electrolytes mao ang taas nga kaluwasan ug taas nga siklo sa kinabuhi, apan ang mosunod nga mga punto kinahanglan nga pag-ayo nga tagdon sa diha nga ang pagtimbang-timbang sa alternatibo nga liquid o solid electrolytes:

• Proseso sa paghimo ug disenyo sa sistema sa solid electrolyte. Ang mga baterya nga gauge sa laboratoryo kasagaran naglangkob sa mga solidong partikulo sa electrolyte nga adunay gibag-on nga pila ka gatos ka microns, nga adunay sapaw sa usa ka kilid sa mga electrodes. Kini nga mga gagmay nga solid nga mga selula dili representante sa pasundayag nga gikinahanglan alang sa dagkong mga selula (10 ngadto sa 100Ah), tungod kay ang kapasidad sa 10 ~ 100Ah mao ang minimum nga espesipikasyon nga gikinahanglan alang sa kasamtangan nga mga baterya sa kuryente.
• Ang solid electrolyte mipuli usab sa papel sa diaphragm. Tungod kay ang gibug-aton ug gibag-on niini labi ka labi sa PP / PE diaphragm, kinahanglan kini i-adjust aron makab-ot ang gibug-aton nga gibug-aton.≥350Wh/kgug densidad sa enerhiya≥900Wh/L aron malikayan ang pagbabag sa komersyalisasyon niini.

Ang baterya kanunay nga peligro sa kaluwasan sa pila ka degree. Ang mga solid electrolyte, bisan kung kini mas luwas kaysa mga likido, dili kinahanglan nga dili masunog. Ang ubang mga polimer ug dili organikong electrolyte mahimong mo-react sa oksiheno o tubig, nga makapatunghag kainit ug makahilong mga gas nga makahatag usab ug peligro sa sunog ug pagbuto. Dugang sa mga single cell, plastic, case ug pack materials mahimong hinungdan sa dili makontrol nga pagkasunog. Mao nga sa katapusan, gikinahanglan ang usa ka holistic, lebel sa sistema nga pagsulay sa kaluwasan.