Cefndir

Yn 1800, adeiladodd y ffisegydd Eidalaidd A. Volta y pentwr foltaidd, a agorodd ddechrau batris ymarferol a disgrifiodd am y tro cyntaf bwysigrwydd electrolyte mewn dyfeisiau storio ynni electrocemegol. Gellir gweld yr electrolyte fel haen insiwleiddio electronig a dargludo ïon ar ffurf hylif neu solet, wedi'i fewnosod rhwng yr electrodau negyddol a chadarnhaol. Ar hyn o bryd, mae'r electrolyte mwyaf datblygedig yn cael ei wneud trwy doddi'r halen lithiwm solet (ee LiPF6) mewn toddydd carbonad organig nad yw'n ddyfrllyd (ee EC a DMC). Yn unol â ffurf a dyluniad cyffredinol y gell, mae'r electrolyte fel arfer yn cyfrif am 8% i 15% o bwysau'r gell. Beth's mwy, ei flammability ac ystod tymheredd gweithredu gorau posibl o -10°C i 60°C yn fawr yn rhwystro gwelliant pellach o ddwysedd ynni batri a diogelwch. Felly, ystyrir mai fformwleiddiadau electrolyte arloesol yw'r galluogwr allweddol ar gyfer datblygu'r genhedlaeth nesaf o fatris newydd.

Mae ymchwilwyr hefyd yn gweithio i ddatblygu systemau electrolytau gwahanol. Er enghraifft, y defnydd o doddyddion fflworinedig a all gyflawni beicio metel lithiwm effeithlon, electrolytau solet organig neu anorganig sydd o fudd i'r diwydiant cerbydau a "batris cyflwr solet" (SSB). Y prif reswm yw, os yw'r electrolyt solet yn disodli'r electrolyte hylif gwreiddiol a'r diaffram, gellir gwella diogelwch, dwysedd ynni sengl a bywyd y batri yn sylweddol. Nesaf, rydym yn bennaf yn crynhoi cynnydd ymchwil electrolytau solet gyda gwahanol ddeunyddiau.

Electrolytiau solet anorganig

Mae electrolytau solet anorganig wedi'u defnyddio mewn dyfeisiau storio ynni electrocemegol masnachol, megis rhai batris aildrydanadwy tymheredd uchel Na-S, batris Na-NiCl2 a batris Li-I2 cynradd. Yn ôl yn 2019, dangosodd Hitachi Zosen (Japan) fatri cwdyn pob cyflwr solet o 140 mAh i'w ddefnyddio yn y gofod a'i brofi ar yr Orsaf Ofod Ryngwladol (ISS). Mae'r batri hwn yn cynnwys electrolyt sylffid a chydrannau batri eraill heb eu datgelu, gan allu gweithredu rhwng -40°C a 100°C. Yn 2021 mae'r cwmni'n cyflwyno batri solet gallu uwch o 1,000 mAh. Mae Hitachi Zosen yn gweld yr angen am fatris solet ar gyfer amgylcheddau llym megis gofod a chyfarpar diwydiannol sy'n gweithredu mewn amgylcheddau nodweddiadol. Mae'r cwmni'n bwriadu dyblu capasiti'r batri erbyn 2025. Ond hyd yn hyn, nid oes unrhyw gynnyrch batri holl-solet oddi ar y silff y gellir ei ddefnyddio mewn cerbydau trydan.

Electrolytiau organig lled-solet a solet

Yn y categori electrolyt solet organig, mae Bolloré Ffrainc wedi llwyddo i fasnacheiddio electrolyte PVDF-HFP math gel ac electrolyt PEO math gel. Mae'r cwmni hefyd wedi lansio rhaglenni peilot rhannu ceir yng Ngogledd America, Ewrop ac Asia i gymhwyso'r dechnoleg batri hon i gerbydau trydan, ond nid yw'r batri polymer hwn erioed wedi'i fabwysiadu'n eang mewn ceir teithwyr. Un ffactor sy'n cyfrannu at eu mabwysiadu masnachol gwael yw mai dim ond ar dymheredd cymharol uchel y gellir eu defnyddio (50°C i 80°C) ac ystodau foltedd isel. Mae'r batris hyn bellach yn cael eu defnyddio mewn cerbydau masnachol, fel rhai bysiau dinas. Nid oes unrhyw achosion o weithio gyda batris electrolyt polymer solet pur ar dymheredd ystafell (hy, tua 25°C).

Mae'r categori semisolid yn cynnwys electrolytau gludiog iawn, megis cymysgeddau toddyddion halen, yr hydoddiant electrolyte sydd â chrynodiad halen yn uwch na'r 1 mol/L safonol, gyda chrynodiadau neu bwyntiau dirlawnder mor uchel â 4 môl/L. Pryder ynghylch cymysgeddau electrolyte crynodedig yw'r cynnwys cymharol uchel o halwynau fflworinedig, sydd hefyd yn codi cwestiynau am gynnwys lithiwm ac effaith amgylcheddol electrolytau o'r fath. Mae hyn oherwydd bod masnacheiddio cynnyrch aeddfed yn gofyn am ddadansoddiad cylch bywyd cynhwysfawr. Ac mae angen i'r deunyddiau crai ar gyfer yr electrolytau lled-solet parod hefyd fod yn syml ac ar gael yn rhwydd i'w hintegreiddio'n haws i gerbydau trydan.

Electrolytiau hybrid

Gellir addasu electrolytau hybrid, a elwir hefyd yn electrolytau cymysg, yn seiliedig ar electrolytau hybrid dyfrllyd / toddyddion organig neu drwy ychwanegu hydoddiant electrolyt hylif di-ddyfrllyd at electrolyt solet, gan ystyried y gweithgynhyrchu a scalability electrolytau solet a'r gofynion ar gyfer technoleg pentyrru. Fodd bynnag, mae electrolytau hybrid o'r fath yn dal i fod yn y cam ymchwil ac nid oes unrhyw enghreifftiau masnachol.

Ystyriaethau ar gyfer datblygiad masnachol electrolytau

Manteision mwyaf electrolytau solet yw diogelwch uchel a bywyd beicio hir, ond dylid ystyried y pwyntiau canlynol yn ofalus wrth werthuso electrolytau hylif neu solet amgen:

• Proses weithgynhyrchu a dylunio system electrolyt solet. Mae batris mesurydd labordy fel arfer yn cynnwys gronynnau electrolyt solet gyda channoedd o ficronau o drwch, wedi'u gorchuddio ar un ochr i'r electrodau. Nid yw'r celloedd solet bach hyn yn gynrychioliadol o'r perfformiad sy'n ofynnol ar gyfer celloedd mawr (10 i 100Ah), gan mai cynhwysedd o 10 ~ 100Ah yw'r fanyleb leiaf sy'n ofynnol ar gyfer batris pŵer cyfredol.
• Mae electrolyt solet hefyd yn disodli rôl y diaffram. Gan fod ei bwysau a'i drwch yn fwy na diaffram PP / PE, rhaid ei addasu i gyflawni dwysedd pwysau≥350Wh/kga dwysedd ynni≥900Wh/L i osgoi rhwystro ei fasnacheiddio.

Mae batri bob amser yn risg diogelwch i ryw raddau. Nid yw electrolytau solet, er ei fod yn fwy diogel na hylifau, o reidrwydd yn anfflamadwy. Gall rhai polymerau ac electrolytau anorganig adweithio ag ocsigen neu ddŵr, gan gynhyrchu gwres a nwyon gwenwynig sydd hefyd yn achosi perygl tân a ffrwydrad. Yn ogystal â chelloedd sengl, gall plastigion, casys a deunyddiau pecyn achosi hylosgiad na ellir ei reoli. Felly yn y pen draw, mae angen prawf diogelwch cyfannol ar lefel system.