Fest Elektrolyte hu vill Virdeeler iwwer flësseg Elektrolyte. Zum Beispill kënne se d'Elektrodendeformatioun beim Laden an der Entladung reduzéieren, d'Sécherheet verbesseren. Si hunn och excellent Stabilitéit, sinn einfach ze Prozess, an de Wuesstem vunlithiumDendrite kënnen a Léisungsmëttel--fräie festen Polymerelektrolyte miniméiert ginn.
Fuerschung iwwer Polymer Elektrolyte ugefaang esou fréi wéi 1973, wéi Fenton et al. entdeckt datt Polyethylenoxid (PEO) Komplexe mat Alkalimetaller Ionen kënne féieren. Zënterhier hunn Polymer Elektrolyte bedeitend Opmierksamkeet ugezunn.
Am Joer 1978 huet den Dr Armand virausgesot datt PEO-baséiert Fest-Polymer Elektrolyte als Elektrolyte fir Batterien benotzt kënne ginn.
An den nächsten zwee Joerzéngte hunn d'Fuerscher enorm Efforte gewidmet fir de Mechanismus vun der Ionenleitung an de physikaleschchemesche Properties vun der Elektrolyt-Elektrodegrenz an der Batterie ze studéieren, a gutt Fortschrëtter gemaach.
Lithium-Ionbatterien, déi zolidd Polymer Elektrolyte benotzen, kënne Leckproblemer verhënneren, déi mat flëssege Elektrolyte verbonne sinn.
Polymere sinn einfach ze veraarbecht a kënne miniaturiséiert ginn. Wéinst hirer héijer Plastizitéit kënnen Polymer och benotzt ginn fir dënn-Filmbatterien ze kreéieren. Verschidde Batteriestrukture kënne mat Polymerelektrolyte fabrizéiert ginn fir verschidde Applikatiounsufuerderungen z'erreechen. Ausserdeem bidden Polymer Elektrolyte méi héich chemesch, elektrochemesch an thermesch Stabilitéit am Verglach zu flëssege Elektrolyte, mat manner Säitreaktiounen mat den Elektroden an e méi breet Operatiounstemperaturberäich. D'Flexibilitéit vu Polymer Elektrolyte kann Volumenännerungen an den Elektroden während der Ladung an der Entladung bufferen, d'Batteriestruktur stabiliséieren. Dofir, no der Kommerzialiséierung vu flëssege -Ionbatterien, wäert d'Lithium-Ionbatterietechnologie baséiert op Polymerelektrolyte séier entwéckelen an erfollegräich Kommerzialiséierung erreechen.
Et gi vill Methoden fir Polymer Elektrolyte ze klassifizéieren, an d'Standarden variéieren. De Moment sinn zolidd Polymer Elektrolyte haaptsächlech no der Aart vum benotzte Polymer ënnerscheet, sou wéi de bekanntste Polyether -baséiert Polyethylenoxid (PEO), souwéi Polymethylmethacrylat (PMMA) a Polyacrylonitril (PAN). Allgemeng musse Polymer Elektrolyte déi folgend Bedéngungen erfëllen fir praktesch a Lithium-Ionbatterien benotzt ze ginn.
Héich Ionesch Konduktivitéit
Bedeitend Lithium-Ion Transfert Zuel
Gutt mechanesch Kraaft
Breet elektrochemesch Fënster
Exzellent chemesch an thermesch Stabilitéit
An aktuellen Polymer Elektrolytsystemer weisen Polymere bedeitend Kristallinitéit bei Raumtemperatur, wat erkläert firwat d'Konduktivitéit vu festen Polymer Elektrolyte bei Raumtemperatur vill méi niddereg ass wéi déi vu flëssege Elektrolyte. Déi meescht Kristalle a Polymere si Spherulite, mat amorfe Regiounen tëscht hinnen. Et gëtt allgemeng ugeholl datt d'Lithium-Ionleitung haaptsächlech an dësen amorfe Regiounen geschitt.
Dofir ass d'Phasestruktur vu Polymeren hëllefräich fir de Lithium-Ionleitungsmechanismus ze studéieren.
Fir binär Polymer Elektrolytsystemer besteet d'Phasestruktur haaptsächlech aus zwou Aarte: Kristallregiounen an amorfe Regiounen. D'Bildung vu kristallinesche Regiounen ass kinetesch gedriwwen an direkt mat spezifesche Virbereedungsbedéngungen an Zäit verbonnen. Streng geschwat, wéinst der Präsenz vu kristallinesche Regiounen am Polymersystem, an déi bedeitend Variatioun vun dëse Regiounen mat verschiddene Konditiounen, ass d'Konduktivitéit vu verschiddenen Typen vu Polymerelektrolyte vergläicht net ganz wëssenschaftlech. Wéi och ëmmer, ënner bestëmmte Bedéngungen, wann de Wuesstum vun de kristallinesche Regiounen lues ass an d'Ofwäichung vun der ionescher Konduktivitéit bannent engem akzeptablen Beräich ass, ass d'Konduktivitéit ze vergläichen akzeptabel. Dofir vergläiche mir dacks verschidde Resultater.
Well de Wuesstum vu Spheruliten am Polymer Zäit-ofhängeg ass, ass d'ionesch Konduktivitéit bei Temperaturen ënner dem Schmelzpunkt vum Polymer och Zäit-ofhängeg. Ausserdeem ass d'Lithium-Ionkonduktivitéit vu Polymerelektrolyte mat der Heizgeschwindegkeet, der Ofkillungsrate an der Entspanungszäit verbonnen. Zum Beispill resultéiert eng méi Entspanungszäit zu enger méi kompletter Polymerkristallstruktur a méi héijer Kristallinitéit, wat zu enger gradueller Ofsenkung vun der ionescher Konduktivitéit op e Minimum féiert mat enger Erhéijung vun der Entspanungszäit. Ähnlech resultéiert e méi luesen Ofkillungsquote zu méi kompletter Kristalliséierung, an déi entspriechend ionesch Konduktivitéit wäert och graduell op e Minimum erofgoen.
Huelt de binäre festen Polymer Elektrolyt vu PEO a LiCIO4 als e Beispill, dës Struktur enthält verschidde Phase Strukturen. Als éischt kënne LiClO4 a PEO verschidde Komplexe bilden, dorënner PEO6-LiCIO4, PEO3-LiCIO4, PEO2-LiCIO4, a PEO-LiClO4. Ënnert hinnen, wann O:Li=10:1, kann PEO6-LiCIO4 eng Eutektik mat PEO bilden, mat engem Schmelzpunkt vu 50 Grad. Zousätzlech, wann d'Temperatur op 160 Grad eropgeet, kann e grousst Eutektik geformt ginn. Während dem Ofkillungsprozess wäert d'grouss Eutektik dräi verschidden Aarte vu Spherulite produzéieren: déi éischt Zort schmëlzt iwwer 120 Grad an huet en héije Salzgehalt; déi zweet Zort schmëlzt tëscht 45 an 60 Grad, huet en nidderegen Salzgehalt a formt sech lues; déi drëtt Zort huet e Schmelzpunkt liicht méi niddereg wéi de Gaaschtpolymer a formt méi séier. Fuerschung an Analyse suggeréieren datt: déi éischt Zort Spherulite ass wahrscheinlech PEO3-LiCIO4; déi zweet Zort kann eng Mëschung aus PEO-LiCIO4 an PEO3-LiCIO4 Komplexe sinn; an déi drëtt Zort entsprécht PEO selwer. Ausserdeem kënnen de Lithiumsalzgehalt an den Wärmebehandlungsprozess souwuel zu strukturelle Verännerungen féieren.
Polymer Elektrolyte sinn eng Klass vu funktionnelle Polymermaterialien mat héijer ionescher Konduktivitéit, geformt duerch Komplexéierungsreaktiounen tëscht Polymeren a Metallsalze mat Polymeren als Matrix. Ofhängeg vun der Polymermatrix, enthalen allgemeng Polymer Elektrolyte PEO -baséiert Polymer Elektrolyte, PVDE -baséiert Polymer Elektrolyte, PMMA -baséiert Polymer Elektrolyte, an anerer. Am Géigesaz zu anorganesche Feststoff-Elektrolyte sinn Polymerelektrolyte liicht, elastesch a stabil. Wéi anorganesch zolidd-zoustand Elektrolyte, féieren Polymerelektrolyte net nëmmen Ionen a Lithium-Ionbatterien, mee handelen och als Batteriesparatoren. Polymer Elektrolyte hunn haaptsächlech déi folgend Virdeeler:
Et kann effektiv de Problem vun der Lithium-Dendritbildung a Lithium-Ionbatterien léisen
Et kann sech gutt un d'Verformung während dem Oplued- an Entladungsprozess vu Lithium-Ionbatterien upassen
Et kann d'chemesch Reaktioun tëscht dem Elektrolyt- an Elektrodenmaterial a Lithium-Ionbatterien reduzéieren oder souguer eliminéieren
Et huet héich Sécherheet Leeschtung
D'Komplexe geformt vu verschiddene Lithiumsalze (inklusive LBF4, LIPF6, LiCFSO4, a LiASF6) mat PEO sinn am Fong ähnlech wéi déi geformt vu LiCIO4, dat heescht datt d'Art vu Lithiumsalz keen direkten Impakt op d'Zort vum Komplex geformt mat PEO huet. Speziell kann LiBF zwee Komplexe mat PEO bilden: PEO4-LIBF a PEO,S-LiBF. Wann den O/Li Verhältnis tëscht 16 an 20 ass, kann PEO2.5 -LIBF4 eng Eutektik mat PEO bilden. LPF6 kann och zwee Komplexe mat PEO bilden: PEO6-LiPF6 a PEO:-LiPF6. Déi zwee Komplexe geformt vu LiASF6 mat PEO sinn ähnlech wéi déi vu LiPF6, awer mat relativ méi héije Schmelzpunkten. Grouss Anion Lithiumsalze kënnen och Komplexe mat PEO bilden, awer d'Kinetik ass vill méi lues. Ausserdeem beaflosst den Drock och de Kristallwachstum zu engem gewësse Mooss. Méi héijen Drock fördert Spherulitwachstum, reduzéiert d'amorph Regioun, an entspriechend reduzéiert d'Lithium-Ionkonduktivitéit.