Pam mae batris holl-solid-state yn duedd diwydiant?
Diogelwch uchel:
Mae materion diogelwch batris hylif bob amser wedi cael eu beirniadu. Mae'r electrolyte yn hawdd ei fflamio o dan dymheredd uchel neu effaith ddifrifol. O dan gerrynt uchel, mae'n ymddangos bod dendritau lithiwm hefyd yn tyllu'r gwahanydd ac yn achosi cylched byr. Weithiau gall yr electrolyte gael adweithiau ochr neu bydru ar dymheredd uchel. Dim ond hyd at 100 gradd y gellir cynnal sefydlogrwydd thermol electrolytau hylifol, tra gall electrolytau solet ocsid gyrraedd 800 gradd, a gall sylfidau a halidau hefyd gyrraedd 400 gradd. Mae ocsidau solet yn fwy sefydlog na hylifau, ac oherwydd eu ffurf solet, mae eu gwrthiant effaith yn llawer uwch na hylifau. Felly, gall batris cyflwr solet ddiwallu anghenion pobl am ddiogelwch.
Dwysedd ynni uchel:
Ar hyn o bryd, nid yw batris cyflwr solet wedi cyflawni dwysedd ynni uwch na batris hylif, ond yn ddamcaniaethol gall batris cyflwr solet gyflawni dwysedd ynni uchel iawn. Nid oes angen lapio batris cyflwr solid mewn hylif i atal gollyngiadau fel batris hylif. Felly, gellir dileu cregyn segur, ffilmiau lapio, deunyddiau afradu gwres, ac ati, a gellir gwella'r dwysedd ynni yn fawr.
Pwer uchel:
Mae ïonau lithiwm mewn batris hylif yn cael eu cludo trwy ddargludiad, tra bod ïonau lithiwm mewn batris cyflwr solet trwy ddargludiad naid, sy'n gyflymach ac sydd â chyfradd codi tâl a rhyddhau uwch. Mae codi tâl cyflym bob amser wedi bod yn anhawster mewn technoleg batri hylif, oherwydd bydd lithiwm yn cael ei waddodi os yw'r cyflymder codi tâl yn rhy gyflym, ond nid yw'r broblem hon yn bodoli mewn batris holl-solid-state.
Perfformiad tymheredd isel:
Yn gyffredinol, mae batris hylif yn gweithio'n sefydlog ar -10 gradd i 45 gradd , ond mae eu hystod mordeithio yn gostwng yn ddifrifol yn y gaeaf. Mae tymheredd gweithredu electrolytau solet rhwng -30 gradd a 100 gradd, felly ni fydd unrhyw ostyngiad ym mywyd y batri ac eithrio mewn ardaloedd hynod o oer, ac nid oes angen system rheoli thermol gymhleth.
Rhychwant oes hir:
Ymhlith batris hylifol, mae bywyd cyfartalog batris teiran yn gylchoedd 500-1000, a gall bywyd ffosffad haearn lithiwm gyrraedd 2000 gylchred. Gall cyflwr holl-solet y ffilm denau gyrraedd 45,{7}} cylch yn y dyfodol, a gall y rhychwant oes 5C yn y labordy gyrraedd 10,000 o weithiau. Pan ellir cydgyfeirio cost cynhyrchu'r un dwysedd ynni, mae cost-effeithiolrwydd batris cyflwr solet yn ddigyffelyb.
Cymhariaeth o 4 electrolyt solet anorganig
Gellir rhannu'r mathau materol o electrolytau solet yn bedwar categori: ocsidau, sylffidau, polymerau a halidau. Mae gan bob un o'r pedwar math hyn o electrolytau briodweddau ffisegol a chemegol gwahanol, sy'n pennu anhawster ymchwil a datblygu, cynhyrchu a diwydiannu a'i sefyllfa yn y farchnad yn y dyfodol.
Electrolytes ocsid:
Manteision: Mae'r dargludedd ïonig yn y canol, ac mae ganddo'r sefydlogrwydd electrocemegol gorau, sefydlogrwydd mecanyddol a sefydlogrwydd thermol. Gellir ei addasu i ddeunyddiau catod foltedd uchel ac anodau lithiwm metel. Dargludedd electronig rhagorol a detholedd ïon. Ar yr un pryd, mae graddau parhad offer a chost gweithgynhyrchu hefyd fanteision mawr. Y gallu cynhwysfawr yw'r mwyaf cynhwysfawr.
Anfanteision: Mae sefydlogrwydd lleihau ychydig yn isel, yn frau, a gall achosi craciau.
Mae gan electrolytau ocsid gryfder mecanyddol uchel, sefydlogrwydd thermol ac aer da, a ffenestri electrocemegol eang. Gellir rhannu electrolytau ocsid yn wladwriaethau crisialog ac amorffaidd. Mae electrolytau ocsid crisialog cyffredin yn cynnwys math perovskite, math LSICON, math NASICON a math garnet. Gall electrolytau ocsid wrthsefyll folteddau uchel, mae ganddynt dymheredd dadelfennu uchel, ac mae ganddynt gryfder mecanyddol da. Fodd bynnag, mae ei ddargludedd ïonig tymheredd ystafell yn isel (<10-4 S/cm), it has poor contact with the solid-solid interface of the positive and negative electrodes, and it is usually thick (>200μm), sy'n lleihau dwysedd ynni cyfaint y batri yn fawr. Trwy ddopio elfen ac addasu ffiniau grawn, gellir cynyddu dargludedd tymheredd ystafell electrolytau ocsid i 10-3 S/cm. Gall rheoli cyfaint y grisial ac ychwanegu haenau polymer wella'r cyswllt rhyngwynebol rhwng yr electrolyte ocsid a'r electrodau positif a negyddol. Gellir cynhyrchu pilenni electrolyt solet ultrathin trwy ddulliau cotio toddiant / slyri.
Electrolyt sylffid:
Manteision: dargludedd ïon uchaf, ymwrthedd ffin grawn bach, hydwythedd da, a detholedd ïon da.
Anfanteision: sefydlogrwydd cemegol gwael, bydd yn adweithio â metel lithiwm, ac yn ymateb yn hawdd ag aer llaith. Mae'r gost yn uwch ac mae'r priodweddau mecanyddol yn wael. Ar hyn o bryd, mae angen cynhyrchu mewn blwch maneg o hyd, gan ei gwneud hi'n anodd cynhyrchu màs ar raddfa fawr.
Mae gan electrolytau sylffid ddargludedd tymheredd ystafell uchel a hydwythedd da, a gellir gwella eu sefydlogrwydd trwy ddopio a gorchuddio. Ar hyn o bryd mae tri phrif ffurf ar electrolytau sylffid: gwydr, serameg gwydr a chrisialau. Mae gan electrolytau sylffid ddargludedd tymheredd ystafell uchel, a all fod yn agos at electrolytau hylif (10-4-10-2 S/cm), caledwch cymedrol, cyswllt corfforol rhyngwyneb da, a phriodweddau mecanyddol da. Maent yn ddeunyddiau ymgeisiol pwysig ar gyfer batris cyflwr solet. Fodd bynnag, mae gan electrolytau sulfide ffenestr electrocemegol gul, sefydlogrwydd rhyngwyneb gwael gydag electrodau positif a negyddol, ac maent yn sensitif iawn i leithder. Gall adweithio â symiau hybrin o ddŵr yn yr aer a rhyddhau nwy hydrogen sylffid gwenwynig. Mae gan gynhyrchu, cludo a phrosesu ofynion amgylcheddol uchel iawn. Gall dulliau addasu megis dopio a gorchuddio sefydlogi'r rhyngwyneb rhwng sylffid ac electrodau positif a negyddol, gan eu gwneud yn addas ar gyfer gwahanol fathau o ddeunyddiau electrod positif a negyddol, a hyd yn oed eu defnyddio mewn batris lithiwm-sylffwr.
Mae gan baratoi batris electrolyte sylffid ofynion amgylcheddol uchel. Mae gan electrolytau sylffid ddargludedd uchel ac maent yn gymharol feddal, a gellir eu cynhyrchu trwy ddulliau cotio. Nid yw'r broses gynhyrchu yn wahanol iawn i'r broses gynhyrchu batri hylif presennol, ond er mwyn gwella cyswllt rhyngwyneb y batri, fel arfer mae angen cyflawni gwasgiadau poeth lluosog ar ôl cotio ac ychwanegu haen glustogi i wella'r cyswllt rhyngwyneb. Mae electrolytau sylffid yn sensitif iawn i leithder a gallant adweithio â symiau hybrin o ddŵr yn yr aer i gynhyrchu hydrogen sylffid nwy gwenwynig, felly mae'r gofynion amgylcheddol ar gyfer gweithgynhyrchu batri yn uchel iawn.
Electrolyt polymer:
Manteision: diogelwch da, hyblygrwydd da a chyswllt rhyngwyneb, ffilm hawdd ei ffurfio.
Anfanteision: Mae dargludedd ïonig yn isel iawn ar dymheredd ystafell ac mae sefydlogrwydd thermol yn wael.
Mae'n hyblyg ac yn hawdd ei brosesu, a gellir gwella'r dargludedd trwy groesgysylltu, cymysgu, impio ac ychwanegu plastigyddion. Mae'r prif swbstradau polymer a ddefnyddir mewn electrolytau polymer yn cynnwys PEO, PAN, PVDF, PA, PEC, PPC, ac ati Mae'r prif halwynau lithiwm a ddefnyddir yn cynnwys LiPF6, LiFSI, LiTFSI, ac ati. Mae electrolytau polymer yn syml i'w paratoi, mae ganddynt hyblygrwydd a phrosesadwyedd da, a gellir ei ddefnyddio mewn cynhyrchion electronig hyblyg neu fatris gyda siapiau anghonfensiynol. Mae ganddo gysylltiad corfforol da â'r electrodau positif a negyddol, ac mae'r broses yn gymharol agos at y batris lithiwm presennol. Gellir ei ddefnyddio'n hawdd mewn cynhyrchu màs o fatris trwy drawsnewid offer presennol. Fodd bynnag, mae dargludedd ïonig tymheredd ystafell electrolytau polymer yn gyffredinol isel iawn (<10-6 S/cm). The most common PEO-based polymer electrolyte also has poor oxidation stability and can only be used for LFP positive electrodes. The room temperature conductivity of polymer electrolytes can be improved by cross-linking, blending, grafting, or adding a small amount of plasticizers with a variety of polymers. In-situ curing can improve the physical contact between the polymer electrolyte and the positive and negative electrodes to the level of liquid batteries. The design of asymmetric electrolytes can broaden the electrochemical window of polymer electrolytes. The battery manufacturing process developed earlier and is relatively mature. The polymer electrolyte layer can be prepared by dry or wet methods. Battery cells assembly is achieved through roll-to-roll compounding between electrodes and electrolytes. Both dry and wet methods are very mature, easy to manufacture large batteries, and are closest to the existing liquid battery preparation methods.
Halid electrolyt:
Manteision: ymwrthedd electronig isel, detholusrwydd ïon uchel, sefydlogrwydd lleihau uchel, ac nid yw'n hawdd ei gracio.
Anfanteision: Mae'n dal i fod yn y cyfnod labordy, mae ganddo sefydlogrwydd cemegol gwael a sefydlogrwydd ocsideiddiol, ac mae ganddo ymwrthedd ïon uchel.
Oherwydd manteision ac anfanteision amlwg halidau a pholymerau, bydd y gystadleuaeth fyd-eang yn y dyfodol ar gyfer batris cyflwr solet yn canolbwyntio'n bennaf ar ocsidau a sylffidau. Mewn gwirionedd, oherwydd ei sefydlogrwydd cemegol gwael, mae'r mathau o ddeunyddiau y gellir eu dewis ar gyfer electrolytau sylffid yn gul iawn, ond cyn belled â bod deunyddiau addas a datblygiadau proses yn cael eu canfod, gellir gwneud iawn am y diffyg hwn.
Fodd bynnag, o safbwynt diwydiannu, bydd prosesau cymhleth yn arwain at gostau uwch a nenfwd graddfa, felly electrolytau solet ocsid ar hyn o bryd yw'r brif ffrwd yn natblygiad batris cyflwr solet. O batris hylif i fatris cyflwr solet, bydd cam batri lled-solet, a'r un mwyaf addas ar hyn o bryd yw'r llwybr ocsid. Mae hyn oherwydd ei berfformiad cynhwysfawr a'i fanteision cost. Gall batris lled-solet ddisodli'r batris hylif presennol yn gyflymach, gan fanteisio'n raddol ar fanteision a chost-effeithiolrwydd batris cyflwr solet.
Fodd bynnag, gyda datblygiad technoleg, mae'n dal yn aneglur a fydd y byd yn cael ei ddominyddu gan ocsidau neu sylffidau yn y dyfodol. Craidd technoleg batri cyflwr solet yw ymchwilio a datblygu electrolytau cyflwr solet. Er bod deunyddiau electrolyt solet cyfredol wedi gwneud cynnydd mawr, maent yn dal i gael problemau megis dargludedd gwael, ymwrthedd rhyngwyneb mawr, a chostau paratoi uchel. Mae angen ymchwil sylfaenol barhaus a datblygiadau technolegol i wella dargludedd a sefydlogrwydd electrolytau solet.
