Ưu điểm ứng dụng của chất điện phân rắn

Chất điện phân rắn là một xu hướng trong sự phát triển của các chất điện phân pin lithium trong tương lai, bởi vì công nghệ pin điện phân rắn đã phát triển cho đến ngày nay. Từ góc độ kỹ thuật, các chất điện phân rắn có thể được chia thành các chất điện phân oxit, chất điện phân sunfua, chất điện phân polymer hữu cơ và chất điện phân LiPON. Có thể nói rằng nó tương đối trưởng thành, nhưng nó cũng đã gặp phải một nút cổ chai. Sự ra đời của một thế hệ công nghệ mới là rất cần thiết, đặc biệt là trong lĩnh vực năng lượng mới. Pin trạng thái rắn dự kiến sẽ trở thành pin hấp dẫn nhất trong số các công nghệ pin năng lượng thế hệ tiếp theo. Bởi vì pin trạng thái rắn không chỉ có độ chín công nghệ tương đối cao, nhiều công ty pin lithium-ion trong và ngoài nước cũng đã coi công nghệ pin trạng thái rắn là một dự trữ công nghệ thế hệ tiếp theo quan trọng.

Trong sự phát triển ban đầu của công nghệ pin trạng thái rắn, do độ dẫn điện tương đối thấp của vật liệu điện phân rắn, trọng tâm của nghiên cứu và phát triển chủ yếu là cải thiện độ dẫn điện của chất điện phân rắn. Do đó, các chất điện phân rắn sulfide và chất điện phân rắn oxit có độ dẫn điện ion cao đã thu hút một loạt sự chú ý.

Pin lithium-ion trạng thái rắn sử dụng chất điện phân rắn thay vì các chất điện phân lỏng hữu cơ truyền thống, có thể giải quyết tốt các vấn đề an toàn pin và là nguồn năng lượng hóa học lý tưởng cho xe điện và lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Điều quan trọng là chuẩn bị các chất điện phân rắn có độ dẫn nhiệt độ phòng cao và ổn định điện hóa, cũng như các vật liệu điện cực năng lượng cao phù hợp với tất cả các pin lithium-ion trạng thái rắn và để cải thiện khả năng tương thích của giao diện điện cực / điện phân rắn.

Pin lithium trạng thái rắn được phát triển dựa trên pin lithium. So với pin lithium truyền thống, chúng chủ yếu không còn sử dụng chất lỏng hoặc gel làm vật liệu dẫn điện giữa các điện cực dương và âm, giúp cải thiện đáng kể sự an toàn của xe và khả năng chịu được nhiệt độ cao. . Nó có những ưu điểm về an toàn cao, mật độ năng lượng cao, tuổi thọ chu kỳ dài và phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng, trong đó cốt lõi là chất điện phân rắn.

Các chất điện phân rắn oxit có thể được chia thành tinh thể và thủy tinh (vô định hình) theo cấu trúc vật liệu. Chất điện phân tinh thể bao gồm loại perovskite, loại NASICON, loại LISICON và loại garnet, v.v. Chất điện phân oxit thủy tinh Điểm nóng nghiên cứu là chất điện phân loại LiPON được sử dụng trong pin màng mỏng.

Chất điện phân rắn tinh thể oxit có độ ổn định hóa học cao và có thể tồn tại ổn định trong khí quyển, có lợi cho việc sản xuất quy mô lớn của pin trạng thái rắn. Trọng tâm nghiên cứu là cải thiện độ dẫn điện ion nhiệt độ phòng và khả năng tương thích của nó với các điện cực. Hiện nay, các phương pháp để cải thiện độ dẫn điện chủ yếu là thay thế nguyên tố và doping nguyên tố tương đương, và khả năng tương thích với các điện cực cũng là một vấn đề quan trọng hạn chế ứng dụng của nó.

Chất điện phân rắn tinh thể sunfua điển hình nhất là thio-LISICON, lần đầu tiên được phát hiện bởi Giáo sư KANNO của Viện Công nghệ Tokyo trong hệ thống Li2S-GeS2-P2S. Thành phần hóa học là Li4-xGe1-xPxS4, và độ dẫn ion nhiệt độ phòng cao đến 2,2 × 10. -3S/cm (trong đó x=0,75), và độ dẫn điện tử có thể bị bỏ qua. Công thức hóa học chung của thio-LISICON là Li4-xGe1-xPxS4 (A =Ge, Si, v.v., B=P, Al, Zn, v.v.).

Chất điện phân rắn thủy tinh sulfide thường bao gồm P2S5, SiS2, B2S3 và các cựu mạng khác và công cụ sửa đổi mạng Li2S. Hệ thống này chủ yếu bao gồm Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-B2S3. Chế phẩm có phạm vi biến thể rộng, độ dẫn ion nhiệt độ phòng cao, ổn định nhiệt cao, hiệu suất an toàn tốt và cửa sổ ổn định điện hóa rộng (lên đến 5V). Nó có những ưu điểm vượt trội trong pin trạng thái rắn công suất cao và nhiệt độ thấp và có tiềm năng lớn của vật liệu điện phân pin trạng thái rắn.

Chất điện phân rắn polymer bao gồm ma trận polymer (như polyester, polymerase và polyamine, v.v.) và muối lithium (như LiClO4, LiAsF4, LiPF6, LiBF4, v.v.), vì trọng lượng nhẹ, độ nhớt tốt và hiệu suất xử lý cơ học tuyệt vời Và các đặc điểm khác đã nhận được sự chú ý rộng rãi.

Các spEs phổ biến bao gồm polyethylene oxide (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethylmethacrylate (PMMA), polypropylene oxide (PPO), polyvinylidene chloride (PVDC) và hệ thống điện phân polymer đơn ion.

Hiện nay, ma trận SPE chính thống vẫn là PEO được đề xuất đầu tiên và các dẫn xuất của nó, chủ yếu là do sự ổn định của PEO đối với lithium kim loại và khả năng phân ly muối lithium tốt hơn.

Chất điện phân LiPON được thực hiện bởi Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (ORNL) tại Hoa Kỳ. Màng điện phân lithium phosphorus oxynitride (LiPON) được chuẩn bị bằng cách phun ra mục tiêu Li3P04 có độ tinh khiết cao bằng cách sử dụng thiết bị phun magnetron tần số vô tuyến trong bầu khí quyển nitơ có độ tinh khiết cao.

Nó được hiểu rằng vật liệu có hiệu suất toàn diện tuyệt vời, độ dẫn điện ion nhiệt độ phòng là 2,3 × 10-6S / cm, cửa sổ điện hóa là 5,5V (http://vs.Li/Li+), ổn định nhiệt là tốt và các điện cực dương như LiCoO2, LiMn2O4 và các điện cực âm như kim loại lithium và hợp kim lithium có khả năng tương thích tốt. Độ dẫn điện ion của màng LiPON phụ thuộc vào cấu trúc vô định hình và nội dung N trong tài liệu phim. Sự gia tăng hàm lượng N có thể cải thiện độ dẫn điện ion.