الکترولیتهای حالت جامد: آینده ذخیره انرژی ایمن تر و با کارایی بالا

الکترولیتهای حالت جامد یک کلاس از مواد مورد استفاده در باتری های نسل بعدی است ، جایی که آنها جایگزین الکترولیت های مایع یا ژل می شوند که معمولاً در سلولهای سنتی لیتیوم یون وجود دارد. این مواد می توانند در حالی که در یک مرحله جامد باقی می مانند ، یون ها (مانند یون های لیتیوم) را انجام دهند و یک مسیر امیدوارکننده به سمت باتری هایی را ارائه دهند که ایمن تر ، پر انرژی تر و طولانی تر باشند.

الکترولیتهای حالت جامد چیست؟
یک الکترولیت با حالت جامد یک جامد یونی است که امکان حرکت لیتیوم یا یونهای دیگر بین آند و کاتد در باتری را فراهم می کند ، در حالی که از جریان الکترون ها در داخل و جدا کردن الکترودها جلوگیری می کند. بر خلاف الکترولیتهای معمولی ، که قابل اشتعال و بی ثبات هستند ، نسخه های حالت جامد غیر قابل نمودار و از نظر شیمیایی پایدار هستند.

انواع الکترولیتهای حالت جامد
الکترولیتهای حالت جامد به طور گسترده ای به سه نوع اصلی طبقه بندی می شوند:
الکترولیتهای سرامیکی
مثالها: از نوع گارنت (LLZO) ، نوع بینی ، ساختارهای پروسکییت
جوانب مثبت: هدایت یونی بالا ، پایداری عالی حرارتی و الکتروشیمیایی
منفی: شکننده ، پردازش دشوار است

الکترولیتهای پلیمری
مثال: اکسید پلی اتیلن (PEO) ، فلوراید پلی وینیلیدن (PVDF) مبتنی بر
جوانب مثبت: انعطاف پذیر ، آسان تر برای ساخت ، سبک وزن
منفی: هدایت یونی پایین در دمای اتاق

الکترولیتهای کامپوزیت
ترکیبی از سرامیک و پلیمرها برای ترکیب انعطاف پذیری و هدایت زیاد
اغلب برای تماس بین سطحی بهتر و یکپارچگی مکانیکی مهندسی می شود

مزایای الکترولیتهای حالت جامد
ایمنی بهبود یافته
الکترولیتهای حالت جامد غیر قابل نمودار و کمتر مستعد نشت یا احتراق هستند و خطرات مرتبط با فراری حرارتی را در سیستم های مبتنی بر مایع از بین می برند.

تراکم انرژی بالاتر
آنها استفاده از آندزهای فلزی لیتیوم را که از ظرفیت بالاتری نسبت به آندهای گرافیتی استفاده شده در باتری های معمولی استفاده می کنند ، فعال می کنند.

طول عمر طولانی تر
افزایش پایداری شیمیایی باعث کاهش تخریب ، افزایش تعداد چرخه های تخلیه بار می شود.

دمای عملیاتی گسترده تر
بسیاری از الکترولیتهای جامد بدون از دست دادن هدایت یا یکپارچگی ساختاری ، در دماهای بالا و پایین عملکرد خوبی دارند.

چالش در توسعه الکترولیت حالت جامد
در حالی که پتانسیل قابل توجه است ، الکترولیتهای حالت جامد با چندین مانع فنی روبرو هستند:

سازگاری رابط
تماس ضعیف بین الکترولیت جامد و مواد الکترود می تواند باعث ایجاد مقاومت و از بین رفتن عملکرد شود.

پیچیدگی
تولید لایه های الکترولیت جامد نازک و بدون نقص در مقایسه با سیستم های مایع چالش برانگیز و پرهزینه است.

هدایت یونی
اگرچه برخی از الکترولیتهای مایع سرامیک در هدایت رقیب هستند ، اما بسیاری از پلیمرها و هیبریدها هنوز در دمای اتاق عقب مانده اند.

برنامه ها و چشم انداز آینده
الکترولیتهای حالت جامد یک فناوری مهم برای:

باتری های لیتیوم حالت جامد (SSLIBS)
در وسایل نقلیه برقی ، الکترونیک قابل حمل و کاربردهای هوافضا استفاده می شود.

باتری های حالت جامد (ASSB)
نویدبخش برای الکترونیک مصرفی آینده و ذخیره سازی سطح شبکه با ایمنی و چگالی پیشرفته.

شیمی درمانی باتری نسل بعدی
مانند باتری های لیتیوم-سولفور و لیتیوم هوا ، که به رابط های الکترولیت پایدار نیاز دارند.

بسیاری از تولید کنندگان پیشرو در باتری و موسسات تحقیقاتی به شدت در توسعه الکترولیت با حالت جامد سرمایه گذاری می کنند و قصد دارند باتری های حالت جامد در بازار انبوه را به آمادگی تجاری در 3-5 سال آینده برسانند.

پایان
الکترولیتهای حالت جامد یک مرحله تحول آمیز در فناوری باتری را نشان می دهند. آنها با پرداختن به نگرانی های ایمنی و فشار آوردن به محدودیت های چگالی انرژی و طول عمر ، آنها جایگزین قدرتمندی برای الکترولیت های مایع معمولی ارائه می دهند. در حالی که چالش های فنی باقی مانده است ، پیشرفت های مداوم در علم مواد و تولید به طور پیوسته راه را برای پذیرش گسترده باتری های حالت جامد هموار می کند. $ $