L-elettroliti solidi għandhom ħafna vantaġġi fuq l-elettroliti likwidi. Pereżempju, jistgħu jtaffu d-deformazzjoni tal-elettrodu waqt l-iċċarġjar u l-ħatt, u jtejbu s-sigurtà. Huma għandhom ukoll stabbiltà eċċellenti, huma faċli biex jipproċessaw, u t-tkabbir ta 'litjuid-dendriti jistgħu jiġu minimizzati f'elettroliti ta' polimeri solidi ħielsa minn solvent-.
Ir-riċerka dwar l-elettroliti polimeru bdiet kmieni kemm fl-1973, meta Fenton et al. skoprew li l-kumplessi tal-polyethylene oxide (PEO) ma 'metalli alkali jistgħu jmexxu joni. Minn dakinhar, elettroliti polimeru ġibdu attenzjoni konsiderevoli.
Fl-1978, Dr Armand bassar li l-elettroliti tal-polimeru ta' stat solidu-ibbażati fuq PEO-sistgħu jintużaw bħala elettroliti għall-batteriji.
Matul l-għoxrin sena li ġejjin, ir-riċerkaturi ddedikaw sforzi tremendi biex jistudjaw il-mekkaniżmu tal-konduzzjoni tal-joni u l-proprjetajiet fiżikokimiċi tal-konfini tal-elettrolit-elettrodu fil-batterija, u għamlu progress tajjeb.
Batteriji tal-litju-jone li jużaw elettroliti polimeru solidu jistgħu jipprevjenu problemi ta 'tnixxija assoċjati ma' elettroliti likwidi.
Il-polimeri huma faċli biex jiġu pproċessati u jistgħu jiġu minjaturizzati. Minħabba l-plastikità għolja tagħhom, il-polimeri jistgħu jintużaw ukoll biex jinħolqu batteriji tal-film irqiq-. Jistgħu jiġu ffabbrikati strutturi differenti ta 'batteriji bl-użu ta' elettroliti polimeri biex jissodisfaw diversi rekwiżiti ta 'applikazzjoni. Barra minn hekk, l-elettroliti polimeru joffru stabbiltà kimika, elettrokimika u termali ogħla meta mqabbla ma 'elettroliti likwidi, b'inqas reazzjonijiet sekondarji bl-elettrodi u firxa usa' ta 'temperatura operattiva. Il-flessibilità tal-elettroliti tal-polimeru tista 'taffu bidliet fil-volum fl-elettrodi waqt iċ-ċarġ u l-iskarigu, tistabbilizza l-istruttura tal-batterija. Għalhekk, wara l-kummerċjalizzazzjoni ta 'batteriji tal-jone likwidu-, it-teknoloġija tal-batterija tal-litju-jone bbażata fuq elettroliti polimeru se tiżviluppa malajr u tikseb kummerċjalizzazzjoni b'suċċess.
Hemm ħafna metodi għall-klassifikazzjoni tal-elettroliti tal-polimeru, u l-istandards ivarjaw. Bħalissa, l-elettroliti tal-polimeru solidu huma prinċipalment distinti skont it-tip ta 'polimeru użat, bħall-aktar famuż polyether-polyethylene oxide (PEO), kif ukoll polymethyl methacrylate (PMMA) u polyacrylonitrile (PAN). B'mod ġenerali, l-elettroliti tal-polimeru jeħtieġ li jissodisfaw il-kundizzjonijiet li ġejjin biex jintużaw prattikament f'batteriji tal-litju-jone.
Konduttività jonika għolja
Numru konsiderevoli ta' trasferiment tal-litju-jone
Saħħa mekkanika tajba
Tieqa elettrokimika wiesgħa
Stabbiltà kimika u termali eċċellenti
Fis-sistemi attwali tal-elettroliti tal-polimeri, il-polimeri juru kristallinità sinifikanti f'temperatura tal-kamra, li jispjega għaliex il-konduttività tal-elettroliti tal-polimeru solidu f'temperatura tal-kamra hija ħafna inqas minn dik tal-elettroliti likwidi. Il-biċċa l-kbira tal-kristalli fil-polimeri huma spherulites, b'reġjuni amorfi bejniethom. Ġeneralment huwa maħsub li l-konduzzjoni tal-jone tal-litju-sseħħ primarjament f'dawn ir-reġjuni amorfi.
Għalhekk, il-fehim tal-istruttura tal-fażi tal-polimeri huwa ta 'għajnuna għall-istudju tal-mekkaniżmu tal-konduzzjoni tal-jone tal-litju-.
Għal sistemi ta 'elettroliti polimeru binarju, l-istruttura tal-fażi tikkonsisti prinċipalment f'żewġ tipi: reġjuni kristallini u reġjuni amorfi. Il-formazzjoni ta 'reġjuni kristallini hija mmexxija kinetikament u direttament relatata ma' kundizzjonijiet u ħin ta 'preparazzjoni speċifiċi. Strettament, minħabba l-preżenza ta 'reġjuni kristallini fis-sistema tal-polimeru, u l-varjazzjoni sinifikanti ta' dawn ir-reġjuni b'kundizzjonijiet differenti, it-tqabbil tal-konduttività ta 'tipi differenti ta' elettroliti polimeru mhuwiex xjentifiku ħafna. Madankollu, taħt ċerti kundizzjonijiet, jekk it-tkabbir tar-reġjuni kristallini huwa bil-mod u d-devjazzjoni fil-konduttività jonika hija f'medda aċċettabbli, it-tqabbil tal-konduttività huwa aċċettabbli. Huwa għalhekk li ħafna drabi nqabblu riżultati differenti.
Peress li t-tkabbir ta' spherulites fil-polimeru jiddependi mill-ħin-, il-konduttività jonika f'temperaturi taħt il-punt tat-tidwib tal-polimeru hija wkoll dipendenti mill-ħin-. Barra minn hekk, il-konduttività tal-jone tal-litju-tal-elettroliti tal-polimeru hija relatata mar-rata tat-tisħin, ir-rata tat-tkessiħ, u l-ħin ta 'rilassament. Pereżempju, ħin ta 'rilassament itwal jirriżulta fi struttura tal-kristall tal-polimeru aktar kompluta u kristallinità ogħla, li twassal għal tnaqqis gradwali fil-konduttività jonika għal minimu biż-żieda fil-ħin ta' rilassament. Bl-istess mod, rata ta 'tkessiħ aktar bil-mod tirriżulta f'kristallizzazzjoni aktar kompleta, u l-konduttività jonika korrispondenti se tonqos ukoll gradwalment għal minimu.
Meta tieħu l-elettrolit tal-polimer solidu binarju ta 'PEO u LiCIO4 bħala eżempju, din l-istruttura fiha strutturi ta' fażi multipli. L-ewwel, LiClO4 u PEO jistgħu jiffurmaw diversi kumplessi, inklużi PEO6-LiCIO4, PEO3-LiCIO4, PEO2-LiCIO4, u PEO-LiClO4. Fosthom, meta O:Li=10:1, PEO6-LiCIO4 jista 'jifforma ewtektiku ma' PEO, b'punt ta 'tidwib ta' 50 grad. Barra minn hekk, meta t-temperatura titla 'għal 160 grad, tista' tiġi ffurmata ewtektika kbira. Matul il-proċess tat-tkessiħ, l-ewtektiku kbir se jipproduċi tliet tipi differenti ta 'spherulites: l-ewwel tip jiddewweb 'il fuq minn 120 grad u għandu kontenut għoli ta' melħ; it-tieni tip jiddewweb bejn 45 u 60 grad, għandu kontenut baxx ta 'melħ, u jifforma bil-mod; it-tielet tip għandu punt tat-tidwib kemmxejn aktar baxx mill-polimeru ospitanti u jifforma aktar malajr. Ir-riċerka u l-analiżi jissuġġerixxu li: l-ewwel tip ta 'spherulite huwa probabbli PEO3-LiCIO4; it-tieni tip jista 'jkun taħlita ta' kumplessi PEO-LiCIO4 u PEO3-LiCIO4; u t-tielet tip jikkorrispondi għal PEO innifsu. Barra minn hekk, il-kontenut tal-melħ tal-litju u l-proċess tat-trattament tas-sħana jistgħu t-tnejn iwasslu għal bidliet strutturali.
L-elettroliti tal-polimeru huma klassi ta 'materjali polimeri funzjonali b'konduttività jonika għolja, iffurmati minn reazzjonijiet ta' kumplessazzjoni bejn polimeri u melħ tal-metall li jużaw polimeri bħala l-matriċi. Skont il-matriċi tal-polimeru, elettroliti polimeri komuni jinkludu elettroliti polimeri bbażati fuq PEO-, elettroliti polimeri bbażati fuq PVDE-, elettroliti polimeri bbażati fuq PMMA-, u oħrajn. B'differenza mill-elettroliti inorganiċi ta' stat solidu-, l-elettroliti tal-polimeru huma ħfief, elastiċi u stabbli. Bħall-elettroliti inorganiċi tal-istat solidu-, l-elettroliti tal-polimeru mhux biss imexxu jonji f'batteriji tal--jone tal-litju iżda jaġixxu wkoll bħala separaturi tal-batteriji. L-elettroliti tal-polimeri prinċipalment għandhom il-vantaġġi li ġejjin:
Jista 'jsolvi b'mod effettiv il-problema tal-formazzjoni ta' dendrite tal-litju f'batteriji tal-jone tal-litju-
Jista' jadatta tajjeb għad-deformazzjoni waqt il-proċess tal-iċċarġjar u l-ħatt tal-batteriji tal-litju-jone
Jista' jnaqqas jew saħansitra jelimina r-reazzjoni kimika bejn l-elettrolit u l-materjali tal-elettrodu fil-batteriji tal-jone tal-litju{0}
Għandu prestazzjoni għolja ta 'sikurezza
Il-kumplessi ffurmati minn melħ tal-litju differenti (inklużi LBF4, LIPF6, LiCFSO4, u LiASF6) ma 'PEO huma bażikament simili għal dawk iffurmati minn LiCIO4, li jfisser li t-tip ta' melħ tal-litju m'għandu l-ebda impatt dirett fuq it-tip ta 'kumpless iffurmat b'PEO. Speċifikament, LiBF jista' jifforma żewġ kumplessi ma' PEO: PEO4-LIBF u PEO,S-LiBF. Meta l-proporzjon O/Li jkun bejn 16 u 20, PEO2.5-LIBF4 jista' jifforma ewtektiku ma' PEO. LPF6 jista 'wkoll jifforma żewġ kumplessi ma' PEO: PEO6-LiPF6 u PEO:-LiPF6. Iż-żewġ kumplessi ffurmati minn LiASF6 ma 'PEO huma simili għal dawk ta' LiPF6, iżda b'punti ta 'tidwib relattivament ogħla. Melħ tal-litju anjoniku kbir jista 'wkoll jifforma kumplessi ma' PEO, iżda l-kinetika hija ħafna aktar bil-mod. Barra minn hekk, il-pressjoni taffettwa wkoll it-tkabbir tal-kristall sa ċertu punt. Pressjoni ogħla tippromwovi t-tkabbir ta 'spherulite, tnaqqas ir-reġjun amorfu, u b'mod korrispondenti tnaqqas il-konduttività tal-jone tal-litju.