Fono

En 1800, la itala fizikisto A. Volta konstruis la voltaikan amason, kiu malfermis la komencon de praktikaj baterioj kaj priskribis unuafoje la gravecon de elektrolito en elektrokemiaj energi-stokaj aparatoj. La elektrolito povas esti vidita kiel elektronike izola kaj jon-kondukanta tavolo en la formo de likvaĵo aŭ solido, enigita inter la negativaj kaj pozitivaj elektrodoj. Nuntempe, la plej altnivela elektrolito estas farita per solvado de la solida litia salo (ekz. LiPF6) en ne-akva organika karbonata solvilo (ekz. EC kaj DMC). Laŭ la ĝenerala ĉelformo kaj dezajno, la elektrolito tipe respondecas pri 8% ĝis 15% de la ĉela pezo. Kio's pli, ĝia flamiĝemo kaj optimuma mastruma temperaturo gamo de -10°C ĝis 60°C ege malhelpas pluan plibonigon de bateria energidenseco kaj sekureco. Tial, novigaj elektrolitformuliĝoj estas konsideritaj kiel la ŝlosila ebliganto por la evoluo de la venonta generacio de novaj baterioj.

Esploristoj ankaŭ laboras por evoluigi malsamajn elektrolitajn sistemojn. Ekzemple, la uzo de fluorigitaj solviloj kiuj povas atingi efikan litian metalan bicikladon, organikajn aŭ neorganikajn solidajn elektrolitojn, kiuj estas profitaj al la veturila industrio kaj "solidsubstancaj baterioj" (SSB). La ĉefa kialo estas, ke se la solida elektrolito anstataŭigas la originan likvan elektroliton kaj diafragmon, la sekureco, ununura energia denseco kaj vivo de la baterio povas esti signife plibonigitaj. Poste ni ĉefe resumas la esplorprogreson de solidaj elektrolitoj kun malsamaj materialoj.

Neorganikaj solidaj elektrolitoj

Neorganikaj solidaj elektrolitoj estis uzitaj en komercaj elektrokemiaj energi-stokaj aparatoj, kiel ekzemple kelkaj alt-temperaturaj reŝargeblaj baterioj Na-S, Na-NiCl2-baterioj kaj primaraj Li-I2-baterioj. Jam en 2019, Hitachi Zosen (Japanio) pruvis tute solidan saketbaterion de 140 mAh por esti uzata en la kosmo kaj provita sur la Internacia Spacstacio (ISS). Ĉi tiu kuirilaro konsistas el sulfidelektrolito kaj aliaj nekonitaj bateriokomponentoj, povante funkcii inter -40.°C kaj 100°C. En 2021 la firmao enkondukas pli altan kapacitan solidan kuirilaron de 1,000 mAh. Hitachi Zosen vidas la bezonon de solidaj baterioj por severaj medioj kiel spaco kaj industria ekipaĵo funkcianta en tipaj medioj. La kompanio planas duobligi la bateriokapaciton antaŭ 2025. Sed ĝis nun, ne ekzistas tute solida baterio produkto kiu povas esti uzata en elektraj veturiloj.

Organikaj duonsolidaj kaj solidaj elektrolitoj

En la kategorio de organika solida elektrolito, la franca Bolloré sukcese komercigis ĝel-tipan PVDF-HFP-elektroliton kaj ĝel-tipan PEO-elektroliton. La kompanio ankaŭ lanĉis pilotprogramojn pri kundividado de aŭtomobiloj en Nordameriko, Eŭropo kaj Azio por apliki ĉi tiun baterian teknologion al elektraj veturiloj, sed tiu polimerbaterio neniam estis vaste adoptita en personaŭtoj. Unu faktoro kontribuanta al ilia malbona komerca adopto estas ke ili povas nur esti uzitaj ĉe relative altaj temperaturoj (50°C ĝis 80°C) kaj malaltaj tensiaj gamoj. Tiuj baterioj nun estas uzitaj en komercaj veturiloj, kiel ekzemple kelkaj urbaj busoj. Ne ekzistas kazoj de laborado kun puraj solidaj polimeraj elektrolitkuirilaroj ĉe ĉambra temperaturo (t.e., ĉirkaŭ 25°C).

La duonsolida kategorio inkluzivas tre viskozajn elektrolitojn, kiel salo-solvajn miksaĵojn, la elektrolitsolvon, kiu havas salan koncentriĝon pli altan ol la norma 1 mol/L, kun koncentriĝoj aŭ saturiĝaj punktoj same altaj kiel 4 mol/L. Konzerno kun densaj elektrolitmiksaĵoj estas la relative alta enhavo de fluoritaj saloj, kiu ankaŭ levas demandojn pri la litia enhavo kaj media efiko de tiaj elektrolitoj. Ĉi tio estas ĉar la komercigo de matura produkto postulas ampleksan vivciklanalizon. Kaj la krudaĵoj por la pretaj duonsolidaj elektrolitoj ankaŭ devas esti simplaj kaj facile haveblaj por esti pli facile integrigitaj en elektrajn veturilojn.

Hibridaj elektrolitoj

Hibridaj elektrolitoj, ankaŭ konataj kiel miksitaj elektrolitoj, povas esti modifitaj surbaze de akvaj/organikaj solventaj hibridaj elektrolitoj aŭ aldonante ne-akvan likvan elektrolitan solvon al solida elektrolito, konsiderante la fabrikeblecon kaj skaleblon de solidaj elektrolitoj kaj la postulojn por stakteknologio. Tamen tiaj hibridaj elektrolitoj ankoraŭ estas en la esplorstadio kaj ne ekzistas komercaj ekzemploj.

Konsideroj por komerca evoluo de elektrolitoj

La plej grandaj avantaĝoj de solidaj elektrolitoj estas alta sekureco kaj longa cikla vivo, sed la sekvaj punktoj devas esti zorge pripensitaj kiam oni taksas alternativajn likvajn aŭ solidajn elektrolitojn:

• Produkta procezo kaj sistema dezajno de solida elektrolito. Laboratoriaj mezurilaj baterioj tipe konsistas el solidaj elektrolitpartikloj kun plurcent mikronoj dikaj, kovritaj sur unu flanko de la elektrodoj. Ĉi tiuj malgrandaj solidaj ĉeloj ne reprezentas la agadon bezonatan por grandaj ĉeloj (10 ĝis 100 Ah), ĉar kapablo de 10 ~ 100 Ah estas la minimuma specifo necesa por nunaj potencaj kuirilaroj.
• Solida elektrolito ankaŭ anstataŭas la rolon de la diafragmo. Ĉar ĝia pezo kaj dikeco estas pli grandaj ol PP/PE-diafragmo, ĝi devas esti ĝustigita por atingi pezdensecon.≥350Wh/kgkaj energia denseco≥900Wh/L por eviti malhelpi ĝian komercigon.

Baterio ĉiam estas sekureca risko iagrade. Solidaj elektrolitoj, kvankam ĝi estas pli sekura ol likvaĵoj, ne estas nepre neflamemaj. Kelkaj polimeroj kaj neorganikaj elektrolitoj povas reagi kun oksigeno aŭ akvo, produktante varmecon kaj toksajn gasojn kiuj ankaŭ prezentas fajron kaj eksploddanĝeron. Krom unuopaj ĉeloj, plastoj, ujoj kaj pakmaterialoj povas kaŭzi nekontroleblan bruladon. Do finfine, holisma, sistem-nivela sekureca testo estas necesa.