Analizza l-batteriji kollha ta 'stat solidu u l-vantaġġi u l-iżvantaġġi tagħhom
Ħames karatteristiċi ta 'batteriji kollha ta' stat solidu
Sigurtà għolja:
Il-kwistjonijiet ta 'sikurezza tal-batteriji likwidi dejjem ġew ikkritikati. L-elettrolit huwa faċilment fjammabbli taħt temperaturi għoljin jew impatt qawwi. Taħt kurrenti għoljin, id-dendriti tal-litju se jidhru wkoll li jtaqqbu s-separatur u jikkawżaw short circuit. Xi drabi l-elettrolit jista 'jgħaddi minn reazzjonijiet sekondarji jew jiddekomponi f'temperaturi għoljin. L-istabbiltà termali ta 'elettroliti likwidi tista' tinżamm biss sa 100 grad, filwaqt li elettroliti solidi ta 'ossidu jistgħu jilħqu 800 grad, u sulfidi u alidi jistgħu wkoll jilħqu 400 grad. L-ossidi solidi huma aktar stabbli minn likwidi, u minħabba l-forma solida tagħhom, ir-reżistenza għall-impatt tagħhom hija ħafna ogħla minn dik tal-likwidi. Għalhekk, batteriji ta 'stat solidu jistgħu jissodisfaw il-ħtiġijiet tan-nies għas-sigurtà.
Densità għolja ta 'enerġija:
Fil-preżent, batteriji ta 'stat solidu ma kisbux densità ta' enerġija li taqbeż dik ta 'batteriji likwidi, iżda teoretikament, batteriji ta' stat solidu jistgħu jiksbu densità ta 'enerġija għolja ħafna. Il-batteriji ta 'stat solidu m'għandhomx għalfejn ikunu mgeżwra f'likwidu biex jipprevjenu tnixxija bħal batteriji likwidi. Għalhekk, qxur żejda, films tat-tgeżwir, materjali ta 'dissipazzjoni tas-sħana, eċċ jistgħu jiġu eliminati, u d-densità tal-enerġija tista' titjieb ħafna.
Qawwa għolja:
Il-joni tal-litju f'batteriji likwidi jinġarru bil-konduzzjoni, filwaqt li l-joni tal-litju f'batteriji ta 'stat solidu huma permezz ta' konduzzjoni tal-qabża, li hija aktar mgħaġġla u għandha rata ogħla ta 'ċarġ u skariku. L-iċċarġjar veloċi dejjem kien diffikultà fit-teknoloġija tal-batterija likwida minħabba li l-litju jiġi preċipitat jekk il-veloċità tal-iċċarġjar tkun mgħaġġla wisq, iżda din il-problema ma teżistix f'batteriji ta 'stat solidu kollu.
Prestazzjoni f'temperatura baxxa:
Il-batteriji likwidi ġeneralment jaħdmu b'mod stabbli f'-10 grad sa 45 grad , iżda l-firxa tal-kruċiera tagħhom tinżel serjament fix-xitwa. It-temperatura operattiva ta 'elettroliti solidi hija bejn -30 grad u 100 grad, għalhekk mhux se jkun hemm tnaqqis fil-ħajja tal-batterija ħlief f'żoni estremament kesħin, u m'hija meħtieġa l-ebda sistema ta 'ġestjoni termali kumplessa.
Ħajja twila:
Fost batteriji likwidi, il-ħajja medja tal-batteriji ternarji hija 500-1000 ċikli, u l-ħajja tal-fosfat tal-ħadid tal-litju tista 'tilħaq 2000 ċikli. L-istat solidu kollu tal-film irqiq jista 'jilħaq 45,000 ċiklu fil-futur, u l-ħajja 5C fil-laboratorju tista' tilħaq 10,000 darba. Meta l-ispiża tal-produzzjoni tal-istess densità tal-enerġija tista 'tiġi konverġenti, l-effettività tal-kost tal-batteriji ta' stat solidu hija mingħajr paragun.
Tqabbil ta '4 elettroliti inorganiċi solidi
It-tipi materjali ta 'elettroliti solidi jistgħu jinqasmu f'erba' kategoriji: ossidi, sulfidi, polimeri, u alidi. Kull wieħed minn dawn l-erba 'tipi ta' elettroliti għandu proprjetajiet fiżiċi u kimiċi differenti, li jiddeterminaw id-diffikultà ta 'R&D, produzzjoni, u industrijalizzazzjoni u l-pożizzjoni futura tagħha fis-suq.
Elettroliti tal-Ossidu:
Vantaġġi:Il-konduttività jonika hija fin-nofs, u għandha l-aħjar stabbiltà elettrokimika, stabbiltà mekkanika u stabbiltà termali. Jista 'jiġi adattat għal materjali ta' katodu ta 'vultaġġ għoli u anodi tal-litju tal-metall. Konduttività elettronika eċċellenti u selettività tal-jone. Fl-istess ħin, il-grad ta 'kontinwità tat-tagħmir u l-ispiża tal-manifattura għandhom ukoll vantaġġi kbar. Il-kapaċità komprensiva hija l-aktar komprensiva.
Żvantaġġi:L-istabbiltà tat-tnaqqis hija kemxejn baxxa, fraġli, u tista 'tikkawża xquq.
L-elettroliti ta 'l-ossidu għandhom saħħa mekkanika għolja, stabbiltà termali u ta' l-arja tajba, u twieqi elettrokimiċi wesgħin. L-elettroliti tal-ossidu jistgħu jinqasmu fi stati kristallini u amorfu. Elettroliti komuni ta 'ossidu kristallin jinkludu tip perovskite, tip LISICON, tip NASICON, u tip granata. L-elettroliti tal-ossidu jistgħu jifilħu vultaġġi għoljin, għandhom temperaturi għoljin ta 'dekompożizzjoni, u għandhom saħħa mekkanika tajba. Madankollu, il-konduttività jonika tat-temperatura tal-kamra tagħha hija baxxa (<10-4 S/cm), it has poor contact with the solid-solid interface of the positive and negative electrodes, and it is usually thick (>200μm), li tnaqqas ħafna d-densità tal-enerġija tal-volum tal-batterija. Permezz tad-doping tal-element u l-modifika tal-konfini tal-qamħ, il-konduttività tat-temperatura tal-kamra tal-elettroliti tal-ossidu tista 'tiżdied għall-ordni ta' 10-3 S/cm. Il-kontroll tal-volum tal-kristall u ż-żieda ta 'kisi tal-polimer jistgħu jtejbu l-kuntatt interfaċjali bejn l-elettrolit tal-ossidu u l-elettrodi pożittivi u negattivi. Metodi ta 'kisi ta' soluzzjoni/demel likwidu jistgħu jipproduċu membrani ultrathin ta 'elettroliti solidi.
Elettrolit tas-sulfide:
Vantaġġi:l-ogħla konduttività tal-jone, reżistenza għall-konfini tal-qamħ żgħir, duttilità tajba, u selettività tajba tal-joni.
Żvantaġġi:stabbiltà kimika fqira, se tirreaġixxi mal-metall tal-litju, u faċilment tirreaġixxi bl-arja niedja. L-ispiża hija ogħla u l-proprjetajiet mekkaniċi huma fqar. Fil-preżent, il-produzzjoni għad trid titwettaq f'kaxxa tal-ingwanti, li tagħmilha diffiċli għall-produzzjoni tal-massa fuq skala kbira.
L-elettroliti tas-sulfide għandhom konduttività għolja f'temperatura tal-kamra u duttilità tajba, u l-istabbiltà tagħhom tista 'titjieb permezz ta' doping u kisi. L-elettroliti tas-sulfide bħalissa huma fi tliet forom ewlenin: ħġieġ, ċeramika tal-ħġieġ, u kristalli. L-elettroliti tas-sulfide għandhom konduttività għolja fit-temperatura tal-kamra, li tista 'tkun qrib dik ta' elettroliti likwidi (10-4-10-2 S/cm), ebusija moderata, kuntatt fiżiku ta 'interface tajjeb, u proprjetajiet mekkaniċi tajbin. Huma materjali kandidati importanti għal batteriji ta 'stat solidu. Madankollu, l-elettroliti tas-sulfid għandhom tieqa elettrokimika dejqa, stabbiltà fqira ta 'interface b'elettrodi pożittivi u negattivi, u huma sensittivi ħafna għall-umdità. Jista 'jirreaġixxi ma' traċċi ta 'ilma fl-arja u jirrilaxxa gass tossiku tas-sulfid ta' l-idroġenu. Il-produzzjoni, it-trasport u l-ipproċessar għandhom rekwiżiti ambjentali għoljin ħafna. Metodi ta 'modifika bħal doping u kisi jistgħu jistabbilizzaw l-interface bejn sulfide u elettrodi pożittivi u negattivi, u jagħmluhom adattati għal diversi tipi ta' materjali ta 'elettrodi pożittivi u negattivi, u anke użati f'batteriji tal-litju-kubrit.
Il-preparazzjoni tal-batteriji tal-elettroliti tas-sulfid għandha rekwiżiti ambjentali għoljin. L-elettroliti tas-sulfide għandhom konduttività għolja huma relattivament rotob, u jistgħu jiġu prodotti b'metodi ta 'kisi. Il-proċess tal-produzzjoni mhuwiex differenti ħafna mill-proċess tal-produzzjoni tal-batterija likwida eżistenti, iżda biex itejjeb il-kuntatt tal-interface tal-batterija, ġeneralment ikun meħtieġ li jsiru pressings sħun multipli wara l-kisi u żid saff buffer biex ittejjeb il-kuntatt tal-interface. L-elettroliti tas-sulfide huma sensittivi ħafna għall-umdità u jistgħu jirreaġixxu ma 'traċċi ta' ilma fl-arja biex jiġġeneraw gass tossiku sulfide tal-idroġenu, għalhekk ir-rekwiżiti ambjentali għall-manifattura tal-batterija huma għoljin ħafna.
Elettrolit polimeru:
Vantaġġi:sigurtà tajba, flessibilità, kuntatt tal-interface, u faċli biex tifforma film.
Żvantaġġi:Il-konduttività jonika hija baxxa ħafna f'temperatura tal-kamra u stabbiltà termali fqira.
Huwa flessibbli u faċli biex tipproċessa, u l-konduttività tista 'titjieb permezz ta' cross-linking, taħlit, tilqim, u żżid plastiċizzanti. Is-sottostrati prinċipali tal-polimeru użati fl-elettroliti tal-polimer jinkludu PEO, PAN, PVDF, PA, PEC, PPC, eċċ L-imluħa tal-litju prinċipali użati jinkludu LiPF6, LiFSI, LiTFSI, eċċ. L-elettroliti tal-polimer huma sempliċi biex jippreparaw, għandhom flessibilità tajba u proċessabbiltà, u jistgħu jintużaw fi prodotti elettroniċi flessibbli jew batteriji b'forom mhux konvenzjonali. Għandu kuntatt fiżiku tajjeb ma 'l-elettrodi pożittivi u negattivi, u l-proċess huwa relattivament qrib dak ta' batteriji tal-litju eżistenti. Jista 'jintuża faċilment fil-produzzjoni tal-massa ta' batteriji permezz tat-trasformazzjoni ta 'tagħmir eżistenti. Madankollu, il-konduttività jonika tat-temperatura tal-kamra ta 'elettroliti polimeru hija ġeneralment baxxa ħafna (<10-6 S/cm). The most common PEO-based polymer electrolyte also has poor oxidation stability and can only be used for LFP-positive electrodes. The room temperature conductivity of polymer electrolytes can be improved by cross-linking, blending, grafting, or adding a small amount of plasticizers with a variety of polymers. In-situ curing can improve the physical contact between the polymer electrolyte and the positive and negative electrodes to the level of liquid batteries. The design of asymmetric electrolytes can broaden the electrochemical window of polymer electrolytes. The battery manufacturing process developed earlier and is relatively mature. The polymer electrolyte layer can be prepared by dry or wet methods. Battery cell assembly is achieved through roll-to-roll compounding between electrodes and electrolytes. Both dry and wet methods are very mature, easy to manufacture large batteries, and are closest to the existing liquid battery preparation methods.
Elettrolit tal-alid:
Vantaġġi:reżistenza elettronika baxxa, selettività għolja tal-jone, stabbiltà għolja ta 'tnaqqis, u mhux faċli biex tinqasam.
Żvantaġġi:Għadu fl-istadju tal-laboratorju, għandu stabbiltà kimika fqira u stabbiltà ossidattiva, u għandu reżistenza għolja tal-jone.
Minħabba l-vantaġġi u l-iżvantaġġi prominenti tal-alidi u l-polimeri, il-kompetizzjoni globali futura għal batteriji fi stat solidu se tiffoka prinċipalment fuq ossidi u sulfidi. Fil-fatt, minħabba l-istabbiltà kimika fqira tagħha, it-tipi ta 'materjali li jistgħu jintgħażlu għall-elettroliti tas-sulfid huma dojoq ħafna, iżda sakemm jinstabu materjali adattati u skoperti tal-proċess, dan in-nuqqas jista' jiġi kkumpensat.
Madankollu, minn perspettiva ta 'industrijalizzazzjoni, proċessi kumplessi se jwasslu għal spejjeż ogħla u limitu ta' skala, għalhekk l-elettroliti solidi ta 'ossidu bħalissa huma l-mainstream fl-iżvilupp ta' batteriji fi stat solidu. Minn batteriji likwidi għal batteriji ta 'stat solidu, se jkun hemm stadju ta' batterija semi-solidu, u l-aktar waħda adattata f'dan l-istadju hija l-mogħdija ta 'l-ossidu. Huwa minħabba l-prestazzjoni komprensiva u l-vantaġġi tal-ispiża. Il-batteriji semi-solidu jistgħu jissostitwixxu l-batteriji likwidi kurrenti aktar malajr, filwaqt li gradwalment jieħdu vantaġġ mill-vantaġġi u l-kosteffettività tal-batteriji fi stat solidu.
Bl-avvanz tat-teknoloġija, għadu mhux ċar jekk id-dinja hijiex iddominata minn ossidi jew sulfidi fil-futur. Il-qalba tat-teknoloġija tal-batterija tal-istat solidu hija r-riċerka u l-iżvilupp tal-elettroliti tal-istat solidu. Għalkemm il-materjali tal-elettroliti solidi attwali għamlu progress kbir, għad għandhom problemi bħal konduttività fqira, reżistenza kbira għall-interface, u spejjeż għoljin ta 'preparazzjoni. Riċerka bażika kontinwa u skoperti teknoloġiċi huma meħtieġa biex itejbu l-konduttività u l-istabbiltà tal-elettroliti solidi.
