Kuptimi i elektrolitit të baterisë litium-jon?

◆Çfarë janë elektrolitet ujore?

◆Hyrje në elektrolitet e ngurta

Elektroliti, një komponent i domosdoshëm ibateri litium-jon, luan një rol vendimtar në ciklet e shkarkimit të baterisë-.

Ai nuk është vetëm përgjegjës për transportin efikas të joneve të litiumit dhe përcjelljen e rrymës, por gjithashtu posedon veti izoluese elektronike për të parandaluar në mënyrë efektive rrjedhjen e drejtpërdrejtë të elektroneve midis elektrodave pozitive dhe negative. E thënë në mënyrë figurative, elektroliti është si "gjaku" brenda një baterie litium-jonike, duke siguruar lidhjen midis materialeve të elektrodës pozitive dhe negative, duke garantuar kështu ecurinë e qetë të të gjithë procesit të shkarkimit-.

Një elektrolit ideal për një bateri me jon-litiumi duhet të plotësojë pesë kërkesat e mëposhtme:

Me-kërkesat gjithnjë në rritje për densitetin dhe densitetin e energjisë së baterisë, teknologjia e baterive po zhvillohet me shpejtësi dhe materialet e elektrodave kanë bërë përparim të jashtëzakonshëm. Në të kundërt, zhvillimi i sistemeve të elektrolitit ka mbetur prapa. Aktualisht, zhvillimi i elektroliteve të baterive litium-jonike mund të klasifikohet gjerësisht në tre lloje: elektrolite jo{4}}tretës ujorë, elektrolite ujore dhe elektrolite- në gjendje të ngurtë.

Elektrolit jo-tretës ujor

 

Elektrolitet jo-tretës ujorë në bateritë e litiumit-joneve i referohen sistemeve elektrolite që nuk përmbajnë ujë, kryesisht të përbërë nga tretës, substanca të tretura (zakonisht kripëra litiumi) dhe aditivë. Këta tretës jo-ujor janë zakonisht tretës organikë, në vend të tretës ujorë, për të shmangur elektrolizën e ujit ose reaksionet negative me materialet e elektrodës. Kripërat e litiumit janë bartësit kryesorë për transportin e joneve të litium-, tretësit shërbejnë si tretje, shpërndarje dhe mbështetje për kripërat e litiumit dhe aditivët kryesisht funksionojnë për të përmirësuar performancën elektrokimike ose sigurinë e baterive të litiumit-.

Elektrolitet e disponueshme në treg (d.m.th., elektrolitë të lëngshëm) të përdorur në bateritë e litium-joneve përbëhen kryesisht nga një ose më shumë kripëra litiumi të tretura në dy ose më shumë tretës organikë; elektrolitet e përbëra nga një tretës i vetëm janë shumë të rrallë. Arsyeja e përdorimit të tretësve të shumtë është se-bateritë e botës reale kanë kërkesa të ndryshme, madje edhe kontradiktore, të cilat janë të vështira për t'u përmbushur duke përdorur një tretës të vetëm. Për shembull, elektrolitet mund të kërkojnë rrjedhshmëri të lartë ndërsa kanë gjithashtu një konstante dielektrike të lartë; prandaj, tretës me veti fiziko-kimike të ndryshme përdoren shpesh në kombinim, duke shfaqur karakteristika të ndryshme njëkohësisht. Për më tepër, kripërat e litiumit në përgjithësi nuk përdoren njëkohësisht, sepse përzgjedhja e kripërave të litiumit është e kufizuar dhe avantazhet e tyre nuk janë lehtësisht të dukshme.

Tretësit organikë idealë duhet të kenë këto veti kryesore: Së pari, ata kanë nevojë për një konstante të lartë dielektrike për të siguruar tretje të mirë të kripërave të litiumit; së dyti, ato duhet të kenë një pikë të ulët shkrirjeje dhe një pikë të lartë vlimi për të zgjeruar gamën e temperaturës së funksionimit të elektrolitit; së treti, viskoziteti i ulët ndihmon në nxitjen e migrimit efikas të joneve të litiumit në mjedis; dhe së fundi, këta tretës duhet të jenë të lirë dhe të kenë toksicitet të ulët (në mënyrë ideale jo-toksike). Përbërjet karbonate, si një nga tretësit organikë më të hershëm dhe më të përdorur në industrinë e baterive të litium-joneve, zënë një pozicion vendimtar në fushën e elektroliteve të baterive.

Aktualisht, ky lloj tretësi përfshin kryesisht dy forma strukturore: ciklike dhe zinxhirore. Tabela më poshtë përmbledh parametrat fizikë përkatës të disa tretësve jo-ujorë, elektroliteve dhe tretësve organikë të përdorur zakonisht.

Aktualisht, tretësit karbonat alkil përdoren gjerësisht në elektrolite. Këta tretës kanë rezistencë të mirë oksidimi dhe shfaqin qëndrueshmëri të shkëlqyer në kushte të tensionit të lartë. Karbonatet ciklike, si karbonati i etilenit dhe karbonati i propilenit, njihen për konstantet e tyre të larta dielektrike, që do të thotë se ato mund të shpërndajnë kripërat e litiumit në mënyrë më efektive; megjithatë, për shkak të forcave të forta ndërmolekulare, këta tretës kanë viskozitet të lartë, gjë që ngadalëson lëvizjen e joneve të litiumit brenda tyre. Në të kundërt, karbonatet e zinxhirit, si karbonati dimetil dhe karbonati dietil, ndërsa kanë viskozitet më të ulët, kanë gjithashtu konstante dielektrike relativisht të ulëta, duke rezultuar në efikasitet relativisht të dobët të tretjes për kripërat e litiumit. Prandaj, për të përgatitur sisteme solucionesh me përçueshmëri jonike superiore, shpesh përzihen lloje të ndryshme tretësish, siç janë kombinimet PC+DEC ose EC+DMC. Kripërat e litiumit, si burim i joneve të litiumit në elektrolit, luajnë një rol të madh në transportin e joneve të litium-gjatë procesit të karikimit dhe shkarkimit të baterive të litiumit-. Performanca e tyre ndikon drejtpërdrejt në shumë aspekte të{10}}baterive të litiumit, duke përfshirë densitetin e energjisë, densitetin e fuqisë, diapazonin e tensionit të funksionimit, jetëgjatësinë e ciklit dhe sigurinë. Aktualisht, në kërkimin laboratorik dhe praktikën industriale, zakonisht zgjidhen kripërat e litiumit me rreze të mëdha anionike dhe stabilitet të lartë redoks. Bazuar në përbërjen e tyre kimike, kripërat e litiumit mund të klasifikohen gjerësisht në dy kategori: kripërat inorganike të litiumit dhe kripërat organike të litiumit. Janë zhvilluar disa kripëra inorganike të litiumit, duke përfshirë LiPF6, LiClO4, LIBF dhe LIASF. Në të kundërt, kripërat organike të litiumit të përdorura zakonisht në bateritë litium-jonike formulohen duke shtuar elektron-grupe tërheqëse në anionet e këtyre kripërave inorganike të litiumit, të tilla si litium dioksalato-borate (LiBOB), litium difluorooksalato{2} difluorosulfonilimidi (LiFSI) dhe ditrifluorometilsulfonilimidi i litiumit (LTFSI). Tabela më poshtë tregon vetitë përkatëse fiziko-kimike të disa kripërave të litiumit të përdorura zakonisht në bateritë e litiumit-.

Aditivët janë substanca të shtuara në elektrolit në përqendrime të ulëta (zakonisht jo më shumë se 10% në masë) që kanë funksione specifike dhe mund të përmirësojnë ndjeshëm karakteristikat elektrokimike të baterisë. Bazuar në funksionet e tyre, këta aditivë mund të klasifikohen gjerësisht në disa kategori: aditivë që formojnë film{{2}, retardantë flakë dhe aditivë për të parandaluar mbingarkimin. Përveç kësaj, ka aditivë që përdoren për të rritur përçueshmërinë, për të optimizuar performancën në kushte të temperaturës së ulët, ose për të kontrolluar sasitë e gjurmëve dhe përqendrimet e HF në tretësirën e elektrolitit.