Liitium{0}}ioonaku elektrolüüdi tähendus?

◆Mis on veepõhised elektrolüüdid?

◆Sissejuhatus tahketesse elektrolüütidesse

Elektrolüüt, selle asendamatu komponentliitium{0}}ioonakud, mängib aku laadimis{0}}tühjenemistsüklites üliolulist rolli.

See ei vastuta mitte ainult liitiumioonide tõhusa transpordi ja voolu juhtivuse eest, vaid sellel on ka elektroonilised isolatsiooniomadused, mis takistavad tõhusalt elektronide otsevoolu positiivsete ja negatiivsete elektroodide vahel. Piltlikult öeldes on elektrolüüt nagu "veri" liitium-ioonaku sees, tagades ühenduvuse positiivse ja negatiivse elektroodi materjalide vahel, tagades seeläbi kogu laadimis-tühjenemisprotsessi sujuva edenemise.

Liitium{0}}ioonaku ideaalne elektrolüüt peaks vastama viiele järgmisele nõudele.

Seoses aku energiatiheduse ja võimsustiheduse pideva suurenemisega- areneb akutehnoloogia kiiresti ja elektroodide materjalid on teinud tohutuid edusamme. Seevastu elektrolüütide süsteemide areng on maha jäänud. Praegu saab liitium-ioonaku elektrolüütide väljatöötamise laias laastus jagada kolme tüüpi: mitte-veepõhised lahustielektrolüüdid, veepõhised elektrolüüdid ja tahkis{5}}elektrolüüdid.

Mitte{0}}veepõhine lahusti elektrolüüt

 

Liitium-ioonakude mitte-veepõhised lahustielektrolüüdid viitavad elektrolüüdisüsteemidele, mis ei sisalda vett ja koosnevad peamiselt lahustitest, lahustunud ainetest (tavaliselt liitiumisooladest) ja lisanditest. Need mitte-veepõhised lahustid on tavaliselt orgaanilised lahustid, mitte vesilahustid, et vältida vee elektrolüüsi või ebasoodsaid reaktsioone elektroodide materjalidega. Liitiumisoolad on liitiumioonide transpordi peamised kandjad, lahustid lahustavad, hajutavad ja toetavad liitiumisoolasid ning lisandid parandavad peamiselt liitium-ioonakude elektrokeemilist jõudlust või ohutust.

Kaubanduslikult saadavad elektrolüüdid (st vedelad elektrolüüdid), mida kasutatakse liitium-ioonakudes, koosnevad peamiselt ühest või mitmest liitiumisoolast, mis on lahustatud kahes või enamas orgaanilises lahustis; ühest lahustist koosnevad elektrolüüdid on väga haruldased. Mitme lahusti kasutamise põhjuseks on see, et tegelikel-akudel on erinevad, isegi vastuolulised nõuded, mida on raske ühe lahustiga täita. Näiteks võivad elektrolüüdid nõuda suurt voolavust, samas kui neil on ka kõrge dielektriline konstant; seetõttu kasutatakse sageli koos erinevate füüsikalis-keemiliste omadustega lahusteid, millel on samaaegselt erinevad omadused. Lisaks ei kasutata liitiumisoolasid tavaliselt samaaegselt, kuna liitiumisoolade valik on piiratud ja nende eelised ei ole kergesti nähtavad.

Ideaalsetel orgaanilistel lahustitel peavad olema järgmised põhiomadused: Esiteks vajavad nad kõrget dielektrilist konstanti, et tagada liitiumisoolade hea lahustumine; teiseks peaks neil olema madal sulamistemperatuur ja kõrge keemistemperatuur, et laiendada elektrolüüdi töötemperatuuri vahemikku; kolmandaks aitab madal viskoossus soodustada liitiumioonide tõhusat migratsiooni söötmes; ja lõpuks peaksid need lahustid olema odavad ja madala toksilisusega (ideaaljuhul mittetoksilised). Karbonaatühendid, mis on liitium-ioonakude tööstuses üks varasemaid ja enim kasutatud orgaanilisi lahusteid, on akude elektrolüütide valdkonnas üliolulisel kohal.

Praegu sisaldab seda tüüpi lahusti peamiselt kahte struktuurset vormi: tsükliline ja ahel. Allolev tabel võtab kokku mitmete tavaliselt kasutatavate mitte-vesilahusti, elektrolüütide ja orgaaniliste lahustite asjakohased füüsikalised parameetrid.

Praegu kasutatakse elektrolüütides laialdaselt alküülkarbonaadi lahusteid. Nendel lahustitel on hea oksüdatsioonikindlus ja suurepärane stabiilsus kõrgepinge tingimustes. Tsüklilised karbonaadid, nagu etüleenkarbonaat ja propüleenkarbonaat, on tuntud oma kõrgete dielektriliste konstantide poolest, mis tähendab, et nad suudavad liitiumisoolasid tõhusamalt lahustada; tugevate molekulidevaheliste jõudude tõttu on need lahustid aga kõrge viskoossusega, mis aeglustab liitiumioonide liikumist neis. Seevastu ahelkarbonaatidel, nagu dimetüülkarbonaat ja dietüülkarbonaat, on madalama viskoossusega ka suhteliselt madalad dielektrilised konstandid, mille tulemuseks on liitiumisoolade lahustumisvõime suhteliselt halb. Seetõttu segatakse parima ioonjuhtivusega lahussüsteemide valmistamiseks sageli erinevat tüüpi lahusteid, näiteks PC+DEC või EC+DMC kombinatsioone. Liitiumisoolad, mis on elektrolüüdis sisalduvate liitiumioonide allikad, mängivad liitium-ioonide transpordis liitium-ioonakude laadimise ja tühjenemise ajal olulist rolli. Nende jõudlus mõjutab otseselt liitiumioonakude paljusid aspekte, sealhulgas energiatihedust, võimsustihedust, tööpinge vahemikku, tsükli eluiga ja ohutust. Praegu valitakse laboriuuringutes ja tööstuspraktikas tavaliselt suure anioonraadiusega ja kõrge redoksstabiilsusega liitiumisoolad. Keemilise koostise põhjal võib liitiumisoolad laias laastus jagada kahte kategooriasse: anorgaanilised liitiumisoolad ja orgaanilised liitiumisoolad. Välja on töötatud mitmed anorgaanilised liitiumisoolad, sealhulgas LiPF6, LiClO4, LIBF ja LIASF. Seevastu liitium-ioonakudes tavaliselt kasutatavad orgaanilised liitiumisoolad valmistatakse nende anorgaaniliste liitiumisoolade anioonidele elektron-eemaldavate rühmade lisamisega, nagu liitiumdioksalato-boraat (LiBOB), liitiumdifluorooksalato-difluoriid ([sulfonüülhiumB]) (LiFSI) ja liitiumditrifluorometüülsulfonüülimiid (LTFSI). Allolevas tabelis on näidatud mitmete liitium-ioonakudes sageli kasutatavate liitiumisoolade füüsikalis-keemilised omadused.

Lisandid on ained, mida lisatakse elektrolüüdile väikeses kontsentratsioonis (tavaliselt mitte rohkem kui 10 massiprotsenti), millel on spetsiifilised funktsioonid ja mis võivad oluliselt parandada aku elektrokeemilisi omadusi. Funktsioonide põhjal võib need lisandid laias laastus liigitada mitmesse kategooriasse: kilet -moodustavad lisandid, leegiaeglustid ja ülelaadimist takistavad lisandid. Lisaks kasutatakse lisandeid juhtivuse suurendamiseks, jõudluse optimeerimiseks madalal-temperatuuril või elektrolüüdilahuses olevate jälgede ja HF kontsentratsioonide kontrollimiseks.