லித்தியம்-அயன் பேட்டரி எலக்ட்ரோலைட்டின் பொருள்?

◆அக்வஸ் எலக்ட்ரோலைட்டுகள் என்றால் என்ன?

◆திட எலக்ட்ரோலைட்டுகளுக்கு அறிமுகம்

எலக்ட்ரோலைட், இன் இன்றியமையாத கூறுலித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள், பேட்டரியின் சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகளில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது.

இது லித்தியம் அயனிகளின் திறமையான போக்குவரத்து மற்றும் மின்னோட்டத்தின் கடத்துத்திறன் ஆகியவற்றிற்கு மட்டுமல்ல, நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு இடையே நேரடி எலக்ட்ரான் ஓட்டத்தை திறம்பட தடுக்க மின்னணு காப்பு பண்புகளையும் கொண்டுள்ளது. உருவகமாகச் சொன்னால், எலக்ட்ரோலைட் என்பது லித்தியம்-அயன் பேட்டரியின் உள்ளே இருக்கும் "ரத்தம்" போன்றது, நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை எலக்ட்ரோடு பொருட்களுக்கு இடையேயான இணைப்பை உறுதிசெய்கிறது, இதன் மூலம் முழு சார்ஜ்-வெளியேற்ற செயல்முறையின் சீரான முன்னேற்றத்திற்கு உத்தரவாதம் அளிக்கிறது.

லித்தியம்{0}}அயன் பேட்டரிக்கான சிறந்த எலக்ட்ரோலைட் பின்வரும் ஐந்து தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டும்:

எப்போதும் -பேட்டரி ஆற்றல் அடர்த்தி மற்றும் ஆற்றல் அடர்த்திக்கான தேவைகள் அதிகரித்து வருவதால், பேட்டரி தொழில்நுட்பம் வேகமாக வளர்ந்து வருகிறது, மேலும் எலக்ட்ரோடு பொருட்கள் மிகப்பெரிய முன்னேற்றம் அடைந்துள்ளன. மாறாக, எலக்ட்ரோலைட் அமைப்புகளின் வளர்ச்சி பின்தங்கியுள்ளது. தற்போது, ​​லித்தியம்-அயன் பேட்டரி எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் வளர்ச்சியை மூன்று வகைகளாகப் பிரிக்கலாம்: -நீர் அல்லாத கரைப்பான் எலக்ட்ரோலைட்டுகள், அக்வஸ் எலக்ட்ரோலைட்டுகள் மற்றும் திடமான{5}}நிலை எலக்ட்ரோலைட்டுகள்.

-அல்லாத நீர் கரைப்பான் எலக்ட்ரோலைட்

 

லித்தியத்தில் உள்ள -நீர் அல்லாத கரைப்பான் எலக்ட்ரோலைட்டுகள்-அயன் பேட்டரிகள் தண்ணீரைக் கொண்டிருக்காத எலக்ட்ரோலைட் அமைப்புகளைக் குறிக்கிறது, முக்கியமாக கரைப்பான்கள், கரைப்பான்கள் (பொதுவாக லித்தியம் உப்புகள்) மற்றும் சேர்க்கைகள். இந்த-அல்லாத நீர் கரைப்பான்கள் நீர் மின்னாற்பகுப்பு அல்லது எலக்ட்ரோடு பொருட்களால் ஏற்படும் பாதகமான எதிர்விளைவுகளைத் தவிர்க்க, நீர் கரைப்பான்களைக் காட்டிலும் பொதுவாக கரிம கரைப்பான்களாகும். லித்தியம் உப்புகள் லித்தியம்-அயன் போக்குவரத்திற்கான முதன்மை கேரியர்களாகும், கரைப்பான்கள் கரைதல், சிதறல் மற்றும் லித்தியம் உப்புகளுக்கு ஆதரவாக செயல்படுகின்றன, மேலும் லித்தியம்{6}}அயன் பேட்டரிகளின் மின்வேதியியல் செயல்திறன் அல்லது பாதுகாப்பை மேம்படுத்துவதற்காக சேர்க்கைகள் முதன்மையாக செயல்படுகின்றன.

லித்தியம்{2}}அயன் பேட்டரிகளில் பயன்படுத்தப்படும் வணிக ரீதியாக கிடைக்கும் எலக்ட்ரோலைட்டுகள் (அதாவது, திரவ எலக்ட்ரோலைட்டுகள்) முதன்மையாக இரண்டு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட கரிம கரைப்பான்களில் கரைக்கப்பட்ட ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட லித்தியம் உப்புகளால் ஆனது; ஒரு கரைப்பான் கொண்ட எலக்ட்ரோலைட்டுகள் மிகவும் அரிதானவை. பல கரைப்பான்களைப் பயன்படுத்துவதற்கான காரணம் என்னவென்றால், உண்மையான-உலக பேட்டரிகள் வேறுபட்ட, முரண்பாடான தேவைகளைக் கொண்டிருக்கின்றன. எடுத்துக்காட்டாக, எலக்ட்ரோலைட்டுகளுக்கு அதிக திரவத்தன்மை தேவைப்படலாம், அதே நேரத்தில் அதிக மின்கடத்தா மாறிலியும் இருக்கும்; எனவே, வெவ்வேறு இயற்பியல் வேதியியல் பண்புகளைக் கொண்ட கரைப்பான்கள் பெரும்பாலும் இணைந்து பயன்படுத்தப்படுகின்றன, ஒரே நேரத்தில் வெவ்வேறு பண்புகளை வெளிப்படுத்துகின்றன. மேலும், லித்தியம் உப்புகள் பொதுவாக ஒரே நேரத்தில் பயன்படுத்தப்படுவதில்லை, ஏனெனில் லித்தியம் உப்புகளின் தேர்வு குறைவாக உள்ளது, மேலும் அவற்றின் நன்மைகள் எளிதில் தெரியவில்லை.

சிறந்த கரிம கரைப்பான்கள் பின்வரும் முக்கிய பண்புகளைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்: முதலாவதாக, லித்தியம் உப்புகளின் நல்ல கரைப்பை உறுதிசெய்ய, அவர்களுக்கு உயர் மின்கடத்தா மாறிலி தேவை; இரண்டாவதாக, எலக்ட்ரோலைட்டின் இயக்க வெப்பநிலை வரம்பை விரிவுபடுத்துவதற்கு அவை குறைந்த உருகுநிலை மற்றும் அதிக கொதிநிலையைக் கொண்டிருக்க வேண்டும்; மூன்றாவதாக, குறைந்த பாகுத்தன்மை நடுத்தரத்தில் லித்தியம் அயனிகளின் திறமையான இடம்பெயர்வை ஊக்குவிக்க உதவுகிறது; இறுதியாக, இந்த கரைப்பான்கள் மலிவானதாகவும் குறைந்த நச்சுத்தன்மை கொண்டதாகவும் இருக்க வேண்டும் (சிறந்த-நச்சுத்தன்மையற்றது). கார்பனேட் கலவைகள், லித்தியம்-அயன் பேட்டரி துறையில் ஆரம்பகால மற்றும் மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்பட்ட கரிம கரைப்பான்களில் ஒன்றாக, பேட்டரி எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் துறையில் ஒரு முக்கிய இடத்தைப் பிடித்துள்ளன.

தற்போது, ​​இந்த வகை கரைப்பான் முக்கியமாக இரண்டு கட்டமைப்பு வடிவங்களை உள்ளடக்கியது: சுழற்சி மற்றும் சங்கிலி. கீழே உள்ள அட்டவணை, பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பல-நீர் அல்லாத கரைப்பான்கள், எலக்ட்ரோலைட்டுகள் மற்றும் கரிம கரைப்பான்களின் தொடர்புடைய இயற்பியல் அளவுருக்களை சுருக்கமாகக் கூறுகிறது.

தற்போது, ​​அல்கைல் கார்பனேட் கரைப்பான்கள் எலக்ட்ரோலைட்டுகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. இந்த கரைப்பான்கள் நல்ல ஆக்ஸிஜனேற்ற எதிர்ப்பைக் கொண்டுள்ளன மற்றும் உயர் மின்னழுத்த நிலைமைகளின் கீழ் சிறந்த நிலைத்தன்மையை வெளிப்படுத்துகின்றன. எத்திலீன் கார்பனேட் மற்றும் புரோப்பிலீன் கார்பனேட் போன்ற சுழற்சி கார்பனேட்டுகள் அவற்றின் உயர் மின்கடத்தா மாறிலிகளுக்கு அறியப்படுகின்றன, அதாவது அவை லித்தியம் உப்புகளை மிகவும் திறம்பட கரைக்கும்; இருப்பினும், வலுவான இடைக்கணிப்பு விசைகள் காரணமாக, இந்த கரைப்பான்கள் அதிக பாகுத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளன, அவை அவற்றுள் லித்தியம் அயனிகளின் இயக்கத்தைக் குறைக்கிறது. இதற்கு நேர்மாறாக, டைமிதில் கார்பனேட் மற்றும் டைதில் கார்பனேட் போன்ற சங்கிலி கார்பனேட்டுகள், குறைந்த பாகுத்தன்மையைக் கொண்டிருக்கும் போது, ​​ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த மின்கடத்தா மாறிலிகளைக் கொண்டிருக்கின்றன, இதன் விளைவாக லித்தியம் உப்புகளுக்கு ஒப்பீட்டளவில் மோசமான கரைப்பு திறன் உள்ளது. எனவே, சிறந்த அயனி கடத்துத்திறன் கொண்ட தீர்வு அமைப்புகளைத் தயாரிக்க, PC+DEC அல்லது EC+DMC சேர்க்கைகள் போன்ற பல்வேறு வகையான கரைப்பான்கள் பெரும்பாலும் கலக்கப்படுகின்றன. லித்தியம் உப்புகள், எலக்ட்ரோலைட்டில் உள்ள லித்தியம் அயனிகளின் மூலமாக, லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளை சார்ஜ் செய்து வெளியேற்றும் செயல்பாட்டின் போது லித்தியம்-அயன் அயன் போக்குவரத்தில் முக்கிய பங்கு வகிக்கிறது. ஆற்றல் அடர்த்தி, ஆற்றல் அடர்த்தி, இயக்க மின்னழுத்த வரம்பு, சுழற்சி ஆயுள் மற்றும் பாதுகாப்பு உள்ளிட்ட லித்தியம்{10}}அயன் பேட்டரிகளின் பல அம்சங்களை அவற்றின் செயல்திறன் நேரடியாகப் பாதிக்கிறது. தற்போது, ​​ஆய்வக ஆராய்ச்சி மற்றும் தொழில்துறை நடைமுறையில், பெரிய அயோனிக் கதிர்கள் மற்றும் உயர் ரெடாக்ஸ் நிலைத்தன்மை கொண்ட லித்தியம் உப்புகள் பொதுவாக தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன. அவற்றின் வேதியியல் கலவையின் அடிப்படையில், லித்தியம் உப்புகளை இரண்டு வகைகளாகப் பிரிக்கலாம்: கனிம லித்தியம் உப்புகள் மற்றும் கரிம லித்தியம் உப்புகள். LiPF6, LiClO4, LIBF மற்றும் LIASF உட்பட பல கனிம லித்தியம் உப்புகள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. மாறாக, லித்தியத்தில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஆர்கானிக் லித்தியம் உப்புகள்-அயன் பேட்டரிகள் எலக்ட்ரான்-லித்தியம் டையாக்சலாட்டோ-போரேட் (LiBOB), lithium difluorooxalato{20}Oborate (lithium difluorooxalato){20}Oborate{20}Oborate{20}Oborate{20}Oborate, difluorosulfonylimide (LiFSI), மற்றும் லித்தியம் ditrifluoromethylsulfonylimide (LTFSI).கீழே உள்ள அட்டவணை, லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகளில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் பல லித்தியம் உப்புகளின் தொடர்புடைய இயற்பியல் வேதியியல் பண்புகளைக் காட்டுகிறது.

சேர்க்கைகள் என்பது எலக்ட்ரோலைட்டில் குறைந்த செறிவுகளில் (பொதுவாக 10% க்கும் அதிகமாக இல்லை) குறிப்பிட்ட செயல்பாடுகளைக் கொண்டிருக்கும் மற்றும் பேட்டரியின் மின்வேதியியல் பண்புகளை கணிசமாக மேம்படுத்தக்கூடிய பொருட்கள் ஆகும். அவற்றின் செயல்பாடுகளின் அடிப்படையில், இந்த சேர்க்கைகளை பல வகைகளாகப் பிரிக்கலாம்: ஃபிலிம்-உருவாக்கும் சேர்க்கைகள், சுடர் ரிடார்டன்ட்கள் மற்றும் அதிக கட்டணம் வசூலிப்பதைத் தடுக்கும் சேர்க்கைகள். கூடுதலாக, கடத்துத்திறனை மேம்படுத்தவும், குறைந்த-வெப்பநிலை நிலைமைகளின் கீழ் செயல்திறனை மேம்படுத்தவும் அல்லது எலக்ட்ரோலைட் கரைசலில் சுவடு அளவுகள் மற்றும் HF செறிவுகளைக் கட்டுப்படுத்தவும் சேர்க்கைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.