Замина

Соли 1800 физики итолиёвӣ А.Вольта чӯбчаи вольтиро сохт, ки он ибтидои батареяҳои амалиро кушод ва аввалин бор аҳамияти электролитро дар дастгоҳҳои нигоҳдории энергияи электрохимиявӣ тавсиф кард. Электролитро ҳамчун қабати электронии изолятсия ва ионгузаронӣ дар шакли моеъ ё сахт дидан мумкин аст, ки дар байни электродҳои манфӣ ва мусбат ҷойгир карда шудааст. Дар айни замон, электролитҳои пешрафта бо роҳи маҳлули намаки сахти литий (масалан, LiPF6) дар ҳалкунандаи карбонати органикии ғайриобӣ (масалан, EC ва DMC) сохта мешаванд. Мувофиқи шакл ва тарҳи умумии ҳуҷайра, электролит одатан аз 8% то 15% вазни ҳуҷайраро ташкил медиҳад. Чӣ'с бештар, оташгирандаи он ва доираи ҳарорати оптималии корӣ -10°C то 60°C ба такмили минбаъдаи зичии энергия ва бехатарии батарея хеле халал мерасонад. Аз ин рӯ, формулаҳои инноватсионии электролитҳо омили асосии рушди насли ояндаи батареяҳои нав ҳисобида мешаванд.

Муҳаққиқон инчунин барои таҳияи системаҳои гуногуни электролитӣ кор мекунанд. Масалан, истифодаи ҳалкунандаҳои фтордор, ки метавонанд ба гардиши самараноки металлҳои литий, электролитҳои сахти органикӣ ё ғайриорганикӣ ноил шаванд, ки барои саноати нақлиёт ва "батареяҳои ҳолати сахт" (SSB) фоида доранд. Сабаби асосӣ дар он аст, ки агар электролитҳои сахт электролит ва диафрагмаи аслии моеъро иваз кунанд, бехатарӣ, зичии ягонаи энергия ва мӯҳлати батареяро ба таври назаррас беҳтар кардан мумкин аст. Минбаъд, мо асосан пешрафти тадқиқоти электролитҳои сахтро бо маводи гуногун ҷамъбаст мекунем.

Электролитҳои сахти ғайриорганикӣ

Электролитҳои сахти ғайриорганикӣ дар дастгоҳҳои нигоҳдории энергияи электрохимиявии тиҷоратӣ, ба монанди баъзе батареяҳои барқгирандаи Na-S, Na-NiCl2 ва батареяҳои ибтидоии Li-I2 истифода шудаанд. Ҳанӯз дар соли 2019, Ҳитачи Зосен (Ҷопон) як батареяи як халтаи сахти дорои иқтидори 140 мАчро намоиш дода буд, ки дар кайҳон истифода мешавад ва дар Истгоҳи байналмилалии кайҳонӣ (ISS) озмуда мешавад. Ин батарея аз электролитҳои сулфид ва дигар ҷузъҳои батареяи номаълум иборат аст, ки қодир аст дар байни -40 кор кунад.°C ва 100°C. Дар соли 2021 ширкат як батареяи сахти иқтидори баландтари 1000 мАч ҷорӣ мекунад. Hitachi Zosen зарурати батареяҳои сахтро барои муҳити сахт ба монанди кайҳон ва таҷҳизоти саноатие, ки дар муҳити муқаррарӣ кор мекунанд, мебинад. Ширкат ба нақша гирифтааст, ки иқтидори батареяро то соли 2025 ду баробар зиёд кунад. Аммо то ҳол ягон маҳсулоти аз ҳама ҳолати сахти батарея мавҷудбуда мавҷуд нест, ки дар мошинҳои барқӣ истифода шавад.

Электролитҳои органикии нимсахт ва сахт

Дар категорияи электролитҳои сахти органикӣ, Боллоре аз Фаронса як электролити навъи PVDF-HFP ва электролит навъи PEO-ро бомуваффақият тиҷорат кардааст. Ширкат инчунин барномаҳои пилотии мубодилаи мошинҳоро дар Амрикои Шимолӣ, Аврупо ва Осиё барои татбиқи ин технологияи батарея ба мошинҳои барқӣ оғоз кардааст, аммо ин батареяи полимерӣ ҳеҷ гоҳ дар мошинҳои сабукрав ба таври васеъ қабул карда нашудааст. Як омиле, ки ба қабули сусти тиҷоратии онҳо мусоидат мекунад, ин аст, ки онҳоро танҳо дар ҳарорати нисбатан баланд истифода бурдан мумкин аст (50°C то 80°в) ва диапазони шиддати паст. Ин батареяҳо ҳоло дар мошинҳои тиҷоратӣ, ба монанди баъзе автобусҳои шаҳрӣ истифода мешаванд. Ҳодисаҳои кор бо батареяҳои электролитии сахти полимерӣ дар ҳарорати хонагӣ (яъне тақрибан 25°в).

Категорияи нимсахт электролитҳои хеле часпакро дар бар мегирад, аз қабили омехтаҳои намак-ҳалкунанда, маҳлули электролит, ки консентратсияи намак аз стандарти 1 моль/л, бо консентратсияҳо ё нуқтаҳои сершавӣ то 4 моль/л баландтар аст. Нигаронӣ бо омехтаҳои электролитҳои мутамарказ ин миқдори нисбатан баланди намакҳои фтордор мебошад, ки инчунин саволҳоро дар бораи таркиби литий ва таъсири экологии чунин электролитҳо ба миён меорад. Ин дар он аст, ки тиҷоратикунонии маҳсулоти пухта таҳлили ҳамаҷонибаи давраи ҳаётро талаб мекунад. Ва ашёи хоми электролитҳои нимсахти омодашуда низ бояд оддӣ ва дастрас бошанд, то ба мошинҳои электрикӣ осонтар ворид карда шаванд.

Электролитҳои гибридӣ

Электролитҳои гибридӣ, ки бо номи электролитҳои омехта низ маълуманд, метавонанд дар асоси электролитҳои гибридии обӣ/органикӣ ё бо илова кардани маҳлули электролитҳои моеъи ғайриобӣ ба электролитҳои сахт бо дарназардошти қобилият ва миқёспазирии электролитҳои сахт ва талабот ба технологияи stacking тағир дода шаванд. Аммо, чунин электролитҳои гибридӣ то ҳол дар марҳилаи тадқиқот қарор доранд ва намунаҳои тиҷоратӣ вуҷуд надоранд.

Мулоҳизаҳо барои рушди тиҷоратии электролитҳо

Бартарии бузургтарини электролитҳои сахт ин бехатарии баланд ва мӯҳлати тӯлонии давра мебошад, аммо ҳангоми арзёбии электролитҳои алтернативии моеъ ё сахт нуктаҳои зеринро бояд бодиққат баррасӣ кард:

• Раванди истеҳсол ва тарҳрезии системаи электролитҳои сахт. Батареяҳои лабораторӣ маъмулан аз зарраҳои электролитҳои сахти ғафсӣ чандсад микрон иборатанд, ки дар як тарафи электродҳо пӯшида шудаанд. Ин ҳуҷайраҳои сахти хурд намояндагӣ аз иҷрои лозим барои ҳуҷайраҳои калон (10 то 100Ah) нестанд, зеро иқтидори 10 ~ 100Ah мушаххасоти ҳадди ақал барои батареяҳои қувваи ҷорӣ зарур аст.
• Электролити сахт инчунин нақши диафрагмаро иваз мекунад. Азбаски вазн ва ғафсии он аз диафрагмаи PP/PE зиёдтар аст, онро барои ноил шудан ба зичии вазн танзим кардан лозим аст.≥350 Вт/кгва зичии энергия≥900 Вт/L барои пешгирӣ кардани монеъ шудан ба тиҷоратикунонии он.

Батарея ҳамеша то андозае хатари бехатарӣ аст. Электролитҳои сахт, гарчанде ки он нисбат ба моеъҳо бехатартар аст, ҳатман оташгиранда нестанд. Баъзе полимерҳо ва электролитҳои ғайриорганикӣ метавонанд бо оксиген ё об реаксия карда, гармӣ ва газҳои заҳролудро ба вуҷуд оранд, ки инчунин хатари сӯхтор ва таркишро ба вуҷуд меоранд. Илова ба ҳуҷайраҳои ягона, пластикҳо, қуттиҳо ва маводи бастабандӣ метавонанд боиси сӯзиши беназорат гардад. Пас, дар ниҳоят, санҷиши ҳамаҷонибаи бехатарии сатҳи система лозим аст.