Los electrolits solids an fòrça avantatges suls electrolits liquids. Per exemple, pòdon mitigar la deformacion dels electrodes pendent la carga e la descarga, melhorant la seguretat. An tanben una estabilitat excelenta, son aisit de processar, e la creissença delitilos dendrits pòdon èsser minimizats dins d'electrolits de polimèr solid sens solvent-.
La recerca sus d'electrolits de polimèrs comencèt ja en 1973, quand Fenton et al. descobriguèt que los complèxes d'oxid de polietilèn (PEO) amb de metals alcalins podián menar d'ions. Dempuèi, los electrolits de polimèrs an atirat una atencion considerabla.
En 1978, lo doctor Armand prediguèt que los electrolits de polimèrs d'estat solid- a basa de PEO- poirián èsser utilizats coma electrolits per de pilas.
Pendent las doas decennias seguentas, los cercaires consacrèron d'esfòrces tremends a estudiar lo mecanisme de conduccion d'ions e las proprietats fisicoquimicas de la frontièra de l'electròde de l'electrolit- dins la batariá, e faguèron de bons progrèsses.
Las batariás d'ions de liti-utilizant d'electrolits de polimèrs solids pòdon prevenir los problèmas de fugida associats als electrolits liquids.
Los polimèrs son aisit de tractar e pòdon èsser miniaturizats. A causa de lor plasticitat nauta, los polimèrs pòdon tanben èsser utilizats per crear de batariás de film prim-. Diferentas estructuras de batariá pòdon èsser fabricadas en utilizant d'electrolits de polimèrs per respondre a divèrsas exigéncias d'aplicacion. De mai, los electrolits de polimèr ofrisson una estabilitat quimica, electroquimica e termica mai nauta comparada als electrolits liquids, amb mens de reaccions lateralas amb los electrodes e un interval de temperatura de foncionament mai larg. La flexibilitat dels electrolits de polimèr pòt tamponar los cambiaments de volum dins los electrodes pendent la carga e la descarga, estabilizant l'estructura de la batariá. Doncas, après la comercializacion de las batariás d'ions liquid-, la tecnologia de batariás d'ions de liti basada sus d'electrolits de polimèrs se desvoloparà rapidament e atenherà una comercializacion capitada.
I a fòrça metòdes per classificar los electrolits de polimèrs, e las nòrmas varian. Actualament, los electrolits de polimèr solid son subretot distinguits segon lo tipe de polimèr utilizat, coma lo mai famós oxid de polietilèn a basa de polietèr- (PEO), e tanben lo metacrilat de polimetil (PMMA) e lo poliacrilonitril (PAN). En general, los electrolits de polimèrs an de besonh de respondre a las condicions seguentas per èsser practicament utilizats dins de batariás d'ions de liti.
Nauta conductivitat ionica
Un nombre de transferéncia d'ions de liti- considerable
Bona resisténcia mecanica
La fenèstra electroquimica larga
Estabilitat quimica e termica excelenta
Dins los sistèmas actuals d'electrolits de polimèrs, los polimèrs mòstran una cristallinitat significativa a temperatura ambienta, çò qu'explica perqué la conductivitat dels electrolits de polimèrs solids a temperatura ambienta es fòrça mai bassa qu'aquela dels electrolits liquids. La màger part dels cristals dins los polimèrs son d'esferulitas, amb de regions amorfas entre eles. Se crei generalament que la conduccion d'ions de liti- se produtz subretot dins aquelas regions amorfas.
Doncas, comprene l'estructura de fasa dels polimèrs es util per estudiar lo mecanisme de conduccion dels ions de liti-.
Pels sistèmas d'electrolit de polimèr binari, l'estructura de fasa consistís subretot en dos tipes: de regions cristallinas e de regions amorfas. La formacion de regions cristallinas es cineticament menada e dirèctament ligada a de condicions e de temps de preparacion especifics. En parlant estrictament, a causa de la preséncia de regions cristallinas dins lo sistèma de polimèr, e de la variacion significativa d'aquelas regions amb de condicions diferentas, comparar la conductivitat de diferents tipes d'electrolits de polimèr es pas gaire scientific. Pasmens, dins cèrtas condicions, se la creissença de las regions cristallinas es lenta e la desviacion de la conductivitat ionica es dins un interval acceptable, la conductivitat de comparason es acceptabla. Es per aquò que comparam sovent de resultats diferents.
Coma la creissença de las esferulitas dins lo polimèr es dependenta del temps-, la conductivitat ionica a de temperaturas en dejós del ponch de fusion del polimèr es tanben dependenta del temps-. De mai, la conductivitat d'ions de liti- dels electrolits de polimèr es ligada al taus de caufatge, al taus de refregiment e al temps de relaxacion. Per exemple, un temps de relaxacion mai long resulta en una estructura de cristal de polimèr mai completa e una cristallinitat mai nauta, menant a una diminucion graduala de la conductivitat ionica a un minimum amb un temps de relaxacion creissent. De manièra similara, un taus de refregiment mai lent resulta en una cristallizacion mai completa, e la conductivitat ionica correspondenta diminuirà tanben gradualament a un minimum.
En prenent l'electrolit de polimèr solid binari de PEO e LiCIO4 coma exemple, aquela estructura conten d'estructuras de fasa multiplas. D'en primièr, LiClO4 e PEO pòdon formar divèrses complèxes, dont PEO6-LiCIO4, PEO3-LiCIO4, PEO2-LiCIO4, e PEO-LiClO4. D'entre eles, quand O:Li=10:1, PEO6-LiCIO4 pòt formar una eutectica amb PEO, amb un punt de fusion de 50 gras . De mai, quand la temperatura es auçada a 160 grases, una granda eutectica pòt èsser formada. Pendent lo procès de refregiment, la granda eutectica produirà tres tipes diferents d'esferulitas: lo primièr tipe fond al dessús de 120 gras e a un contengut de sal naut; lo segond tipe fond entre 45 e 60 grases, a un bas contengut de sal, e se forma lentament; lo tresen tipe a un punt de fusion leugièrament mai bas que lo polimèr òste e se forma mai rapidament. La recèrca e l'analisi suggerís que: lo primièr tipe d'esferulita es probablament PEO3-LiCIO4; lo segond tipe pòt èsser una mescla de complèxes PEO-LiCIO4 e PEO3-LiCIO4; e lo tresen tipe correspond a PEO meteis. De mai, lo contengut de sal de liti e lo procès de tractament termic pòdon menar a de cambiaments estructurals.
Los electrolits polimèrs son una classa de materials polimèrs foncionals amb una nauta conductivitat ionica, formats per de reaccions de complexacion entre polimèrs e sals metallics en utilizant de polimèrs coma matriça. Segon la matriça de polimèr, los electrolits de polimèr comuns incluson d'electrolits de polimèr a basa de PEO-, d'electrolits de polimèr a basa de PVDE-, d'electrolits de polimèr a basa de PMMA-, e d'autres. A la diferéncia dels electrolits d'estat solid-inorganic, los electrolits de polimèr son leugièrs, elastics e estables. Coma los electrolits d'estat solid inorganic-, los electrolits de polimèrs conduson pas solament d'ions dins de batariás d'ions de liti- mas agisson tanben coma de separators de batariás. Los electrolits de polimèrs an subretot los avantatges seguents:
Pòt resòlvre eficaçament lo problèma de la formacion de dendritas de liti dins las pilas d'ions de liti-
Pòt s'adaptar plan a la deformacion pendent lo procès de carga e descarga de las pilas d'ions de liti-
Pòt reduire o quitament eliminar la reaccion quimica entre los materials d'electrolit e d'electrode dins las batariás d'ions de liti-
A una performància de seguretat nauta
Los complèxes formats per diferents sals de liti (inclusent LBF4, LIPF6, LiCFSO4, e LiASF6) amb PEO son basicament similars a aqueles formats per LiCIO4, çò que significa que lo tipe de sal de liti a pas cap d'impacte dirècte sul tipe de complèxe format amb PEO. Especificament, LiBF pòt formar dos complèxes amb PEO: PEO4-LIBF e PEO,S-LiBF. Quand lo rapòrt O/Li es entre 16 e 20, PEO2.5-LIBF4 pòt formar una eutectica amb PEO. LPF6 pòt tanben formar dos complèxes amb PEO: PEO6-LiPF6 e PEO:-LiPF6. Los dos complèxes formats per LiASF6 amb PEO son similars a aqueles de LiPF6, mas amb de punts de fusion relativament mai nauts. Las sals de liti d'anions grands pòdon tanben formar de complèxes amb PEO, mas la cinetica es fòrça mai lenta. De mai, la pression afecta tanben la creissença dels cristals dins una cèrta mesura. Una pression mai nauta favoriza la creissença de l'esferulita, redusís la region amorfa, e disminuís correspondentament la conductivitat dels ions de liti.