Eftergrûn

Yn 1800 boude de Italjaanske natuerkundige A. Volta de voltaïske peal, dy't it begjin fan praktyske batterijen iepene en foar it earst it belang fan elektrolyt yn elektrogemyske enerzjyopslachapparaten beskreau. De elektrolyt kin sjoen wurde as in elektroanysk isolearjende en ion-liedende laach yn 'e foarm fan floeistof as fêste, ynfoege tusken de negative en positive elektroden. Op it stuit wurdt de meast avansearre elektrolyt makke troch it oplossen fan it fêste lithiumsâlt (bgl. LiPF6) yn net-wetterich organysk karbonaat-oplosmiddel (bgl. EC en DMC). Neffens de algemiene selfoarm en ûntwerp makket de elektrolyt typysk 8% oant 15% fan it selgewicht foar. Wat's mear, syn flammability en optimale bestjoeringssysteem temperatuer berik fan -10°C oant 60°C sterk hinderjen fierdere ferbettering fan batterij enerzjy tichtens en feiligens. Dêrom wurde ynnovative elektrolytformuleringen beskôge as de kaai ynskeakeler foar de ûntwikkeling fan 'e folgjende generaasje nije batterijen.

Undersikers wurkje ek oan it ûntwikkeljen fan ferskate elektrolytsystemen. Bygelyks it gebrûk fan fluorinearre solvents dy't effisjint lithiummetaalfytsen kinne berikke, organyske as anorganyske fêste elektrolyten dy't foardiel binne foar de auto-yndustry en "solid state-batterijen" (SSB). De wichtichste reden is dat as de fêste elektrolyt de orizjinele floeibere elektrolyt en diafragma ferfangt, kin de feiligens, ienige enerzjydichte en it libben fan 'e batterij signifikant wurde ferbettere. Folgjende gearfetsje wy benammen de ûndersyksfoargong fan fêste elektrolyten mei ferskate materialen.

Anorganyske fêste elektrolyten

Anorganyske fêste elektrolyten binne brûkt yn kommersjele elektrogemyske enerzjyopslachapparaten, lykas guon oplaadbare batterijen mei hege temperatuer Na-S, Na-NiCl2-batterijen en primêre Li-I2-batterijen. Werom yn 2019 demonstrearre Hitachi Zosen (Japan) in all-solid-state tasbatterij fan 140 mAh om te brûken yn 'e romte en testen op it International Space Station (ISS). Dizze batterij is gearstald út in sulfide-elektrolyt en oare ûnbekende batterijkomponinten, en kin wurkje tusken -40°C en 100°C. Yn 2021 yntrodusearret it bedriuw in solide batterij mei hegere kapasiteit fan 1,000 mAh. Hitachi Zosen sjocht de needsaak foar solide batterijen foar hurde omjouwings lykas romte en yndustriële apparatuer dy't wurkje yn in typyske omjouwing. It bedriuw is fan plan om de batterijkapasiteit te ferdûbeljen troch 2025. Mar oant no ta is d'r gjin off-the-shelf all-solid-state batterijprodukt dat kin brûkt wurde yn elektryske auto's.

Organyske semi-fêste en fêste elektrolyten

Yn 'e kategory organyske fêste elektrolyten hat Frankryk's Bolloré in gel-type PVDF-HFP-elektrolyt en in gel-type PEO-elektrolyt mei súkses kommersjalisearre. It bedriuw hat ek pilotprogramma's foar dielen fan auto's yn Noard-Amearika, Jeropa en Aazje lansearre om dizze batterijtechnology oan te passen op elektryske auto's, mar dizze polymearbatterij is nea breed oannommen yn passazjiersauto's. Ien faktor dy't bydraacht oan har minne kommersjele oanname is dat se allinich kinne wurde brûkt by relatyf hege temperatueren (50°C oant 80°C) en lege spanning berik. Dizze batterijen wurde no brûkt yn kommersjele auto's, lykas guon stêdbussen. D'r binne gjin gefallen fan wurkjen mei suvere solide polymeerelektrolytbatterijen by keamertemperatuer (dus sawat 25°C).

De semi-fêste kategory omfettet tige viskeuze elektrolyten, lykas sâlt-oplosmiddelgemiks, de elektrolytoplossing dy't in sâltkonsintraasje heger hat as de standert 1 mol/L, mei konsintraasjes of sêdingspunten sa heech as 4 mol/L. In soarch mei konsintrearre electrolyte-mingen is de relatyf hege ynhâld fan fluorinearre sâlten, dy't ek fragen opropt oer de lithium-ynhâld en miljeu-ynfloed fan sokke elektrolyten. Dit komt om't de kommersjalisaasje fan in folwoeksen produkt in wiidweidige libbenssyklusanalyse fereasket. En de grûnstoffen foar de taret semi-fêste elektrolyten moatte ek ienfâldich en maklik beskikber wêze om makliker te yntegrearjen yn elektryske auto's.

Hybride elektrolyten

Hybride elektrolyten, ek wol mingde elektrolyten neamd, kinne wizige wurde op basis fan wetterige / organyske oplosmiddel hybride elektrolyten of troch in net-wetterige floeibere elektrolytoplossing ta te foegjen oan in fêste elektrolyt, sjoen de manufacturability en scalability fan fêste elektrolyten en de easken foar stapeling technology. Sokke hybride elektrolyten binne lykwols noch yn 'e ûndersyksfaze en d'r binne gjin kommersjele foarbylden.

Beskôgings foar kommersjele ûntwikkeling fan elektrolyten

De grutste foardielen fan fêste elektrolyten binne hege feiligens en lange libbensdoer, mar de folgjende punten moatte soarchfâldich beskôge wurde by it evaluearjen fan alternative floeibere of fêste elektrolyten:

• Manufacturing proses en systeem ûntwerp fan bêst electrolyte. Laboratoarium gauge-batterijen besteane typysk út fêste elektrolytdieltsjes mei ferskate hûndert mikron dik, bedekt oan ien kant fan 'e elektroden. Dizze lytse fêste sellen binne net represintatyf foar de prestaasjes dy't nedich binne foar grutte sellen (10 oant 100Ah), om't kapasiteit fan 10 ~ 100Ah de minimale spesifikaasje is dy't nedich is foar hjoeddeistige machtbatterijen.
• Solid electrolyte ferfangt ek de rol fan it diafragma. Om't it gewicht en dikte grutter binne as PP / PE-diafragma, moat it oanpast wurde om gewichtstichtens te berikken≥350 Wh/kgen enerzjy tichtens≥900Wh/L om foar te kommen dat it kommersjalisaasje hinderjen.

Batterij is altyd in feilichheidsrisiko yn guon graad. Fêste elektrolyten, hoewol it feiliger is as floeistoffen, binne net needsaaklik net-flammabel. Guon polymeren en anorganyske elektrolyten kinne reagearje mei soerstof as wetter, en produsearje waarmte en giftige gassen dy't ek in brân- en eksploazjegefaar foarmje. Neist inkele sellen kinne plestik, kisten en pakmaterialen ûnkontrolearbere ferbaarning feroarsaakje. Dat úteinlik is in holistyske feiligenstest op systeemnivo nedich.