Úplný úvod do polovodičových-lítiových batérií, tekutých{1}}a polo-tuhých-batérií

Kvapalná lítiová batéria

Štyri základné komponenty sú: kladná elektróda, záporná elektróda, porézna membrána a tekutý elektrolyt.

Elektrolyt: Horľavý roztok organickej lítiovej soli, v ktorom sú ióny lítia úplne ponorené a vedú cez elektrolyt; Separátor: Plastová fólia, ktorá oddeľuje kladné a záporné elektródy, aby sa zabránilo skratom; Obsah elektrolytu > 20 %; Všetky lítium-železofosfátové, ternárne, čepeľové batérie a kazetové batérie na trhu sú tekuté lítiové batérie.

Pracovný princíp

Nabíjanie: Lítiové ióny sa uvoľňujú z kladnej elektródy, plávajú cez membránu v tekutom elektrolyte a ukladajú sa do zápornej elektródy;

Vybíjanie: Lítiové ióny sa vracajú na kladnú elektródu v opačnom smere a elektróny vytvárajú prúd vo vonkajšom obvode.

Výhody

1. Technológia je úplne vyspelá, priemyselný reťazec je dokončený a náklady na hromadnú výrobu sú najnižšie;

2. Odpor iónovej vodivosti je nízky a výkon pri rýchlom nabíjaní a nízkej teplote je stabilný;

3. Životnosť cyklu je stabilná (1000–2000-krát) a výťažok je vysoký.

Nedostatok

1. Elektrolyt je horľavý a náchylný na únik, tepelný únik a požiar v dôsledku prepichnutia, kompresie alebo vysokých teplôt;

2. Horná hranica hustoty energie je približne 250–300 Wh/kg, čo obmedzuje potenciál na zlepšenie dojazdu;

3. Lítiové dendrity môžu ľahko prepichnúť separátor, čo predstavuje riziko vnútorného skratu;

4. Aktivita elektrolytu klesá pri nízkych teplotách, čo má za následok výrazné zníženie dosahu počas zimy.

Zaberá viac ako 95 % trhového podielu elektrických vozidiel, skladovania energie a batérií mobilných telefónov a v roku 2026 bude absolútnou oporou.

Polo{0}}pevné batérie

Kvapalný elektrolyt je výrazne znížený na 5 % – 10 %, pričom zvyšný priestor je vyplnený pevnou keramicko/polymérovou štruktúrou elektrolytu; separátor je zachovaný, čo z neho robí rozšírenú a vylepšenú verziu tekutej batérie.

Výhody

1. Výrazne znížený obsah kvapaliny, vďaka čomu je menej náchylný na výbuch a vznietenie v dôsledku prepichnutia, kompresie a požiaru, čo výrazne zvyšuje bezpečnosť;

2. Hustota energie 350 – 400 Wh/kg, o 30 % – 50 % vyššia ako v bežnej tekutej forme, ľahko dosiahnuteľná dojazd 1000 km+;

3. Kompatibilné s vysoko-kapacitnými kremíkovými{2}}uhlíkovými anódami, ktoré potláčajú prienik lítneho dendritu;

Nedostatok

1. Zostáva malé množstvo tekutého elektrolytu, ktorý úplne neodstráni riziko požiaru;

2. Náklady sú 1,5–2 krát vyššie ako pri bežných tekutých batériách;

3. Impedancia existuje na rozhraní pevného-kvapalina, čo má za následok slabší výkon pri extrémne rýchlom nabíjaní a aplikáciách s ultra-nízkou teplotou v porovnaní so všetkými-pevnými{4}}batériami.

Všetky-pevné-lítiové batérie

Používa iba jeden pevný elektrolyt (oxid/sulfid/polymér) na súčasné vykonávanie dvojitej funkcie vedenia iónov a izolácie kladných a záporných elektród a neobsahuje žiadne horľavé organické rozpúšťadlá.

Tri elektrolyty

Sulfidy: Ich iónová vodivosť je najbližšia vodivosti kvapalných elektrolytov, vďaka čomu sú vhodné na rýchle nabíjanie vo vozidlách; na túto oblasť sa zameriavajú popredné spoločnosti.
Oxidy (keramika): Ponúkajú vysokú stabilitu a bezpečnosť, ale sú krehké a majú slabý medzifázový kontakt.
Polyméry: Ponúkajú dobrú flexibilitu, vďaka čomu sú vhodné pre flexibilné batérie; vyžadujú vysokú{0}}teplotu a používajú sa predovšetkým na skladovanie energie.

Výhody

1. Maximálna bezpečnosť: Žiadne horľavé kvapaliny, žiadny únik, žiadny tepelný únik a žiadny požiar pri náraze alebo prepichnutí;

2. Teoreticky môže hustota energie dosiahnuť 500–700 Wh/kg, podporuje lítiové kovové anódy, čím sa efektívne zdvojnásobuje životnosť batérie;

3. Dlhšia životnosť cyklu, menej nízkej-teploty a podpora 10-minútového superrýchleho nabíjania;

4. Menšia veľkosť článku, výrazné výhody nízkej hmotnosti, vhodné pre letectvo a elektrické-vozidlá vyššej kategórie.

Nedostatok

1. Slabá adhézia medzi pevnými látkami vedie k pomalému vedeniu lítium{1}iónov;

2. Nový proces: Vyžaduje ultra-suché, bezprašné- dielne, izostatické lisovanie a suché elektródy, čo spôsobuje, že takmer všetky existujúce výrobné linky sú zastarané a vyžadujú si obrovské investície.

3. Sulfidy produkujú toxické plyny, keď sú vystavené vode, čo si vyžaduje mimoriadne prísne výrobné environmentálne požiadavky;

4. V súčasnosti mimoriadne vysoké náklady, ktoré si v krátkom čase pravdepodobne nebude môcť dovoliť široká verejnosť.