ठोस इलेक्ट्रोलाइट के अनुप्रयोग लाभ

ठोस इलेक्ट्रोलाइट भविष्य में लिथियम बैटरी इलेक्ट्रोलाइट्स के विकास में एक प्रवृत्ति है, क्योंकि ठोस इलेक्ट्रोलाइट बैटरी तकनीक आज तक विकसित हुई है। तकनीकी दृष्टिकोण से, ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स को ऑक्साइड इलेक्ट्रोलाइट्स, सल्फाइड इलेक्ट्रोलाइट्स, कार्बनिक बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स और लीपोन इलेक्ट्रोलाइट्स में विभाजित किया जा सकता है। यह कहा जा सकता है कि यह अपेक्षाकृत परिपक्व है, लेकिन इसमें अड़चन भी आई है। प्रौद्योगिकी की एक नई पीढ़ी के जन्म की तत्काल आवश्यकता है, विशेष रूप से नई ऊर्जा के क्षेत्र में। सॉलिड-स्टेट बैटरियों से अगली पीढ़ी की पावर बैटरी तकनीकों में सबसे आकर्षक बनने की उम्मीद की जाती है। क्योंकि सभी-सॉलिड-स्टेट बैटरी में न केवल अपेक्षाकृत उच्च तकनीकी परिपक्वता होती है, कई घरेलू और विदेशी लिथियम-आयन बैटरी कंपनियों ने भी ऑल-सॉलिड-स्टेट बैटरी तकनीक को एक महत्वपूर्ण अगली पीढ़ी की प्रौद्योगिकी आरक्षित माना है।

ठोस-राज्य बैटरी प्रौद्योगिकी के प्रारंभिक विकास में, ठोस इलेक्ट्रोलाइट सामग्री की अपेक्षाकृत कम चालकता के कारण, अनुसंधान और विकास का ध्यान ज्यादातर ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स की चालकता में सुधार पर था। इसलिए, उच्च आयनिक चालकता वाले सल्फाइड ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स और ऑक्साइड ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स ने ध्यान की एक विस्तृत श्रृंखला को आकर्षित किया है।

ऑल-सॉलिड-स्टेट लिथियम आयन बैटरी पारंपरिक ऑर्गेनिक लिक्विड इलेक्ट्रोलाइट्स के बजाय ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करते हैं, जो बैटरी सुरक्षा मुद्दों को अच्छी तरह से हल कर सकते हैं और इलेक्ट्रिक वाहनों और बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण के लिए आदर्श रासायनिक ऊर्जा स्रोत हैं। कुंजी उच्च कमरे के तापमान चालकता और विद्युत रासायनिक स्थिरता के साथ ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स तैयार करने के लिए है, साथ ही सभी ठोस-राज्य लिथियम आयन बैटरी के लिए उपयुक्त उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रोड सामग्री, और इलेक्ट्रोड / ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस की संगतता में सुधार करने के लिए है।

ठोस-राज्य लिथियम बैटरी लिथियम बैटरी के आधार पर विकसित की जाती हैं। पारंपरिक लिथियम बैटरी की तुलना में, वे मुख्य रूप से सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के बीच प्रवाहकीय सामग्री के रूप में तरल या जेल का उपयोग नहीं करते हैं, जो कार की सुरक्षा और उच्च तापमान का सामना करने की क्षमता में काफी सुधार करता है। । इसमें उच्च सुरक्षा, उच्च ऊर्जा घनत्व, लंबे चक्र जीवन, और व्यापक ऑपरेटिंग तापमान रेंज के फायदे हैं, जिनके बीच बहुत कोर ठोस इलेक्ट्रोलाइट है।

ऑक्साइड ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स को सामग्री संरचना के अनुसार क्रिस्टलीय और ग्लासी (अनाकार) में विभाजित किया जा सकता है। क्रिस्टलीय इलेक्ट्रोलाइट्स में पेरोसाइट प्रकार, नाशीकोन प्रकार, लिसिकन प्रकार और गार्नेट प्रकार, आदि शामिल हैं। ग्लासी ऑक्साइड इलेक्ट्रोलाइट। शोध हॉटस्पॉट लीपोन प्रकार का इलेक्ट्रोलाइट है जिसका उपयोग पतली फिल्म बैटरी में किया जाता है।

ऑक्साइड क्रिस्टलीय ठोस इलेक्ट्रोलाइट में उच्च रासायनिक स्थिरता होती है और यह वायुमंडल में स्थिर रूप से मौजूद हो सकती है, जो सभी ठोस-राज्य बैटरी के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए फायदेमंद है। अनुसंधान का फोकस कमरे के तापमान की आयनिक चालकता और इलेक्ट्रोड के साथ इसकी संगतता में सुधार करना है। वर्तमान में, चालकता में सुधार करने के तरीके मुख्य रूप से तत्व प्रतिस्थापन और विषम तत्व डोपिंग हैं, और इलेक्ट्रोड के साथ संगतता भी एक महत्वपूर्ण मुद्दा है जो इसके आवेदन को प्रतिबंधित करता है।

सबसे विशिष्ट सल्फाइड क्रिस्टलीय ठोस इलेक्ट्रोलाइट थियो-लिसिकॉन है, जिसे सबसे पहले Li2S-GeS2-P2S प्रणाली में टोक्यो इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के प्रोफेसर कानो द्वारा खोजा गया था। रासायनिक संरचना Li4-xGe1-xPxS4 है, और कमरे का तापमान आयन चालकता 2.2 × 10 जितना अधिक है। -3 एस / सेमी (जहां एक्स=0.75), और इलेक्ट्रॉनिक चालकता को अनदेखा किया जा सकता है। Thio-LISICON का सामान्य रासायनिक सूत्र Li4-xGe1-xPxS4 (A=Ge, Si, आदि, B=P, Al, Zn, आदि) है।

सल्फाइड ग्लास सॉलिड इलेक्ट्रोलाइट आमतौर पर P2S5, SiS2, B2S3 और अन्य नेटवर्क फॉर्मर और नेटवर्क संशोधक Li2S से बना होता है। प्रणाली में मुख्य रूप से Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3 शामिल हैं। रचना में एक विस्तृत विविधता रेंज, उच्च कमरे का तापमान आयन चालकता, उच्च तापीय स्थिरता, अच्छा सुरक्षा प्रदर्शन और व्यापक विद्युत स्थिरता खिड़की (5 वी तक) है। उच्च-शक्ति और उच्च-कम-तापमान ठोस-राज्य बैटरी में इसका उत्कृष्ट लाभ है और इसमें ठोस-राज्य बैटरी इलेक्ट्रोलाइट सामग्री की काफी संभावनाएं हैं।

बहुलक ठोस इलेक्ट्रोलाइट बहुलक मैट्रिक्स (जैसे पॉलिएस्टर, पोलीमरेज़ और पॉलीमाइन, आदि) और लिथियम नमक (जैसे LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4, आदि) से बना है, क्योंकि इसका हल्का वजन, अच्छा चिपचिपापन और उत्कृष्ट है। यांत्रिक प्रसंस्करण प्रदर्शन और अन्य विशेषताओं को व्यापक ध्यान मिला है।

आम एसपीई में पॉलीइथाइलीन ऑक्साइड (पीईओ), पॉलीएक्रिलोनिट्राइल (पैन), पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (पीवीडीएफ), पॉलीमेथाइलमेटेक्रिलेट (पीएमएमए), पॉलीपेलेनिलीन ऑक्साइड (पीपीओ), पॉलीविनाइलिडीन क्लोराइड (पीवीडीसी) और एकल-आयन पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट सिस्टम शामिल हैं।

वर्तमान में, मुख्यधारा एसपीई मैट्रिक्स अभी भी पहले प्रस्तावित पीईओ और इसके डेरिवेटिव है, मुख्य रूप से मेटल लिथियम को पीईओ की स्थिरता और बेहतर लिथियम लवण को अलग करने की इसकी क्षमता के कारण है।

लीपॉन इलेक्ट्रोलाइट को संयुक्त राज्य अमेरिका में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी (ORNL) द्वारा बनाया गया है। लिथियम फास्फोरस ऑक्सीनिट्राइड (LiPON) इलेक्ट्रोलाइट फिल्म को उच्च शुद्धता वाले नाइट्रोजन वातावरण में एक रेडियो फ्रीक्वेंसी मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग डिवाइस का उपयोग करके उच्च शुद्धता वाले Li3P04 लक्ष्य को स्पटरिंग करके तैयार किया गया था।

यह समझा जाता है कि सामग्री में उत्कृष्ट व्यापक प्रदर्शन है, कमरे के तापमान की आयनिक चालकता 2.3 × 10-6S / सेमी है, विद्युत रासायनिक खिड़की 5.5V है (http://vs.Li/Liellentelling5}}), थर्मल स्थिरता अच्छी है , और सकारात्मक इलेक्ट्रोड जैसे LiCoO2, LiMn2O4, और नकारात्मक इलेक्ट्रोड जैसे लिथियम धातु और लिथियम मिश्र धातु में अच्छी संगतता है। लीपॉन फिल्म की आयनिक चालकता अनाकार संरचना और फिल्म सामग्री में एन सामग्री पर निर्भर करती है। एन सामग्री की वृद्धि आयनिक चालकता में सुधार कर सकती है।