Литий-ионная батарея с твердым электролитом - определение и материалы

Литий-ионные аккумуляторы используются практически во всех современных гаджетах и устройствах. Учитывая их безопасность и высокую удельную энергию, неудивительно, что они считаются идеальными для электромобилей и бытовой электроники. Эти батареи легко доступны, а также обеспечивают максимальную эффективность. Таким образом, их популярность хорошо известна, несмотря на некоторые проблемы, связанные с ними.

Литий-ионные батареи состоят из четырех основных компонентов. К ним относится катод, которым в данном случае является оксид лития. Литий действует как активный металл в элементе.

Другой компонент - это анод, который также покрыт активным металлом. Анод обеспечивает прохождение электрического тока через внешнюю цепь, а также обеспечивает эмиссию и обратимое поглощение ионов лития, которые высвобождаются из катода. Ионы лития накапливаются в аноде, когда батарея заряжается.

Электролит служит средой, через которую ионы лития перемещаются между анодом и катодом. Наконец, есть разделитель, который действует как барьер между анодом и катодом для повышения безопасности. Вместе эти четыре компонента обеспечивают оптимальную эффективность литий-ионных аккумуляторов.

Однако есть некоторые опасения относительно безопасности литиевых батарей, поскольку они могут загореться и даже взорваться при перезарядке. Чтобы решить эту проблему, в этих батареях теперь используются твердые электролиты, что позволяет повысить безопасность.

3.2V 20A Низкотемпературная батарея LiFePO4 -40℃ 3C Разрядная емкость ≥70% Температура зарядки: -20~45℃ Температура разрядки: -40~+55℃ пройти тест на иглоукалывание -40℃ максимальная скорость разряда: 3C

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Что такое электролит в литий-ионном аккумуляторе?

Назначение электролита в литий-ионной батарее - убедиться, что у ионов есть среда для движения. Ионы лития движутся между катодом и анодом в этой среде, в то время как электроны движутся по проволоке. Это жизненно важно для использования электричества в батарее. Если через электролит протекают только ионы, безопасность может быть поставлена под угрозу, и электричество нельзя будет использовать.

Электролит - это среда, которая гарантирует, что только ионы лития перемещаются между анодом и катодом. В качестве электролитов используются материалы с высокой ионной проводимостью, поэтому ионы лития могут легко перемещаться.

Соли, растворитель и добавки входят в состав электролитов. Соли служат проходом для движения ионов лития, в то время как растворители представляют собой органические жидкости, растворяющие соли. Добавки используются в небольшом количестве для различных целей. Электролиты, изготовленные из этих компонентов, не пропускают электроны, а позволяют только движение ионов.

Скорость ионов лития зависит от типа электролита, используемого в батарее. Следовательно, используемый электролит играет ключевую роль в функционировании батареи, и обязательно, чтобы он отвечал условиям и требованиям.

Может ли электролит литий-ионного аккумулятора быть твердым?

Обычно литий-ионные батареи содержат жидкий электролит, находящийся между катодом и анодом. Катод и анод разделены тонким куском пластика с порами. Если аккумулятор поврежден по какой-либо причине, существует риск того, что ионы лития пробьют пластмассовый разделитель. Это может привести к возгоранию электролита.

Ученые испробовали различные тактики, чтобы минимизировать этот риск. В электролит добавляли антипирены и использовали мягкий легковоспламеняющийся сепаратор. Однако наиболее эффективным средством снижения риска потенциального пожара было использование твердого электролита.

Хотя нельзя отрицать, что твердые электролиты действительно уменьшают проблемы безопасности, связанные с литиевыми батареями, у них есть некоторые ограничения, включая тяжесть и хрупкость. Если используются мягкие материалы, сохраняется риск проникновения ионов лития в материал. С другой стороны, при использовании полимера или керамики, хотя риск и снизится, материалы все равно немного воспламеняются. Таким образом, необходимо тщательно продумать выбор безопасного твердого электролита для литиевых батарей.

Как вариант, можно использовать пористую механическую опору вместе с антипиреном и полимерным электролитом. Это может гарантировать, что аккумулятор не наберет излишний вес и не подвергнется риску взрыва. Производительность - это не то, о чем вам следует беспокоиться.

Какие материалы с твердым электролитом для литий-ионных аккумуляторов?

Твердые электролиты обеспечивают проводимость ионов лития при комнатной температуре. Они быстро набирают популярность, и есть большая вероятность, что они вскоре заменят органические электролиты, используемые в этих батареях, поскольку последние являются токсичными и легковоспламеняющимися. Безопасность батареи значительно улучшена.

Низкотемпературный прочный полимерный аккумулятор для ноутбука с высокой плотностью энергии Спецификация аккумулятора: 11,1 В 7800 мАч -40 ℃ 0,2 C разрядная емкость ≥80% Пыленепроницаемый, устойчивый к падению, антикоррозийный, антиэлектромагнитный

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ

Твердые электролиты позволяют использовать металлический литий в качестве анода. Это приводит к увеличению напряжения элемента, и, таким образом, удельная энергия батареи увеличивается.

После тщательного рассмотрения жизненно важно использовать твердые электролиты для литий-ионных аккумуляторов. Среди различных доступных вариантов один, который показал огромные перспективы и привлек внимание, - это твердые электролиты на основе сульфидов.

Дело в том, что сульфидные соединения, обладающие высокой проводимостью по ионам лития, просто не доступны. Таким образом, производство литий-ионных батарей с твердотельным электролитом ограничено, так как материал сложно производить.

Необходимо провести обширные исследования в области производства этих материалов, чтобы сульфидные материалы можно было легко производить, позволяя использовать их в литий-ионных элементах. Различные компании пытаются производить различные составы электролитов на основе сульфидов и другие варианты твердого электролита, чтобы проблемы безопасности, связанные с литий-ионными аккумуляторами, могли быть решены наиболее эффективным образом.

Заключительные слова

Эффективность литий-ионных аккумуляторов не подлежит сомнению. Однако необходимо принять некоторые меры для снижения рисков безопасности, связанных с этими батареями. В этом отношении может оказаться весьма полезным использование электролитов на твердой основе.

Необходимо, чтобы компании проявляли больший интерес к разработке этих материалов, чтобы снизить риск несчастных случаев. Исследование и изучение этого все еще продолжаются. Однако был достигнут значительный прогресс, и можно ожидать, что довольно скоро литий-ионные батареи, содержащие электролиты на твердой основе, возьмут на себя традиционные варианты. Это изменение сделает литий-ионные батареи еще более популярными и эффективными.