Ang mga solid electrolyte adunay daghang mga bentaha kaysa mga likido nga electrolyte. Pananglitan, mahimo nilang maminusan ang deformation sa electrode sa panahon sa pag-charge ug pagdiskarga, pagpauswag sa kaluwasan. Sila usab adunay maayo kaayo nga kalig-on, sayon sa pagproseso, ug sa pagtubo salithiumang mga dendrite mahimong mamenosan sa solvent-libre nga solid polymer electrolytes.
Ang panukiduki bahin sa polymer electrolytes nagsugod sa 1973, sa dihang si Fenton et al. nadiskobrehan nga ang polyethylene oxide (PEO) complexes nga adunay alkali nga mga metal mahimong magpahigayon og mga ion. Sukad niadto, ang mga polymer electrolyte nakadani ug daghang pagtagad.
Niadtong 1978, gitagna ni Dr. Armand nga ang PEO-based solid-state polymer electrolytes mahimong gamiton isip electrolytes para sa mga baterya.
Sa misunod nga duha ka dekada, ang mga tigdukiduki naghalad ug dakong paningkamot sa pagtuon sa mekanismo sa ion conduction ug sa physicochemical properties sa electrolyte-electrode boundary sa battery, ug maayo ang pag-uswag.
Ang Lithium-ion nga mga baterya nga naggamit sa solid polymer electrolytes makapugong sa mga problema sa leakage nga nalangkit sa liquid electrolytes.
Ang mga polimer dali nga maproseso ug mahimong gamay. Tungod sa ilang taas nga plasticity, ang mga polymer mahimo usab nga gamiton sa paghimo og nipis nga-film batteries. Ang lainlaing mga istruktura sa baterya mahimong mahimo gamit ang mga polymer electrolytes aron matubag ang lainlaing mga kinahanglanon sa aplikasyon. Dugang pa, ang polymer electrolytes nagtanyag og mas taas nga kemikal, electrochemical, ug thermal stability kumpara sa liquid electrolytes, nga adunay gamay nga side reactions sa mga electrodes ug mas lapad nga operating temperature range. Ang pagka-flexible sa mga polymer electrolytes mahimong mag-buffer sa mga pagbag-o sa gidaghanon sa mga electrodes sa panahon sa pag-charge ug pag-discharge, pagpalig-on sa istruktura sa baterya. Busa, human sa komersyalisasyon sa liquid-ion nga mga baterya, ang lithium-ion nga teknolohiya sa baterya nga gibase sa polymer electrolytes paspas nga molambo ug makab-ot ang malampuson nga komersyalisasyon.
Adunay daghang mga pamaagi sa pagklasipikar sa mga polymer electrolyte, ug ang mga sumbanan managlahi. Sa pagkakaron, ang solid polymer electrolytes kasagarang gipalahi sumala sa matang sa polymer nga gigamit, sama sa labing sikat nga polyether-based polyethylene oxide (PEO), ingon man polymethyl methacrylate (PMMA) ug polyacrylonitrile (PAN). Sa kinatibuk-an, ang mga polymer electrolyte kinahanglang makaabot sa mosunod nga mga kondisyon aron praktikal nga magamit sa lithium{3}}ion nga mga baterya.
Taas nga ionic conductivity
Dakong lithium-ion transference number
Maayong mekanikal nga kusog
Lapad nga bintana sa electrochemical
Maayo kaayo nga kemikal ug thermal nga kalig-on
Sa karon nga mga sistema sa polymer electrolyte, ang mga polimer nagpakita sa hinungdanon nga pagkakristal sa temperatura sa kwarto, nga nagpatin-aw ngano nga ang conductivity sa solid polymer electrolyte sa temperatura sa kwarto labi ka ubos kaysa sa mga likido nga electrolyte. Kadaghanan sa mga kristal sa polimer mga spherulite, nga adunay mga amorphous nga rehiyon sa taliwala nila. Gituohan sa kadaghanan nga ang lithium-ion conduction sa panguna mahitabo niining mga amorphous nga rehiyon.
Busa, ang pagsabot sa phase structure sa polymers makatabang sa pagtuon sa lithium-ion conduction mechanism.
Para sa binary polymer electrolyte systems, ang phase structure nag-una sa duha ka klase: crystalline regions ug amorphous regions. Ang pagporma sa mga kristal nga rehiyon kay kinetically gimaneho ug direktang may kalabutan sa piho nga mga kondisyon sa pagpangandam ug panahon. Sa estrikto nga pagsulti, tungod sa presensya sa mga kristal nga rehiyon sa polymer nga sistema, ug ang mahinungdanon nga kalainan niini nga mga rehiyon nga adunay lain-laing mga kahimtang, pagtandi sa conductivity sa lain-laing mga matang sa polymer electrolytes dili kaayo siyentipikanhon. Bisan pa, ubos sa pipila ka mga kondisyon, kung ang pagtubo sa mga kristal nga rehiyon hinay ug ang pagtipas sa ionic conductivity anaa sa sulod sa usa ka madawat nga range, ang pagtandi sa conductivity madawat. Mao kini ang hinungdan ngano nga kanunay namong itandi ang lainlaing mga resulta.
Tungod kay ang pagtubo sa mga spherulite sa polimer nagdepende sa panahon-, ang ionic conductivity sa mga temperatura ubos sa tunawan sa polymer nagdepende usab sa oras-. Dugang pa, ang lithium-ion conductivity sa polymer electrolytes nalangkit sa gikusgon sa pagpainit, gikusgon sa pagpabugnaw, ug oras sa pagpahayahay. Pananglitan, ang mas taas nga oras sa pagpahayahay moresulta sa usa ka mas kompleto nga polymer nga kristal nga istruktura ug mas taas nga crystallinity, nga mosangpot sa usa ka hinay-hinay nga pagkunhod sa ionic conductivity ngadto sa usa ka minimum uban sa pagdugang sa panahon sa pagpahayahay. Sa susama, ang usa ka hinay nga pagpabugnaw nga rate moresulta sa mas kompleto nga crystallization, ug ang katugbang nga ionic conductivity usab anam-anam nga mokunhod ngadto sa usa ka minimum.
Ang pagkuha sa binary solid polymer electrolyte sa PEO ug LiCIO4 isip usa ka pananglitan, kini nga istruktura adunay daghang mga istruktura sa hugna. Una, ang LiClO4 ug PEO makaporma ug lain-laing mga complex, lakip ang PEO6-LiCIO4, PEO3-LiCIO4, PEO2-LiCIO4, ug PEO-LiClO4. Taliwala kanila, kung ang O:Li=10:1, ang PEO6-LiCIO4 mahimong magporma og eutectic sa PEO, nga adunay 50℃nga melting point. Dugang pa, kung ang temperatura gipataas sa 160 degree, mahimo’g maporma ang usa ka dako nga eutectic. Atol sa proseso sa pagpabugnaw, ang dako nga eutectic makahimo og tulo ka lain-laing mga matang sa spherulites: ang unang matang matunaw sa ibabaw sa 120 degrees ug adunay taas nga asin sulod; ang ikaduha nga tipo matunaw tali sa 45 ug 60 degree, adunay gamay nga sulud sa asin, ug hinay nga naporma; ang ikatulo nga tipo adunay usa ka punto sa pagkatunaw nga gamay nga ubos kaysa sa host polymer ug mas paspas nga naporma. Ang panukiduki ug pagtuki nagsugyot nga: ang unang matang sa spherulite lagmit PEO3-LiCIO4; ang ikaduha nga tipo mahimo nga usa ka sinagol nga PEO-LiCIO4 ug PEO3-LiCIO4 complex; ug ang ikatulo nga tipo katumbas sa PEO mismo. Dugang pa, ang sulud sa asin sa lithium ug ang proseso sa pagtambal sa kainit mahimo’g magdala sa mga pagbag-o sa istruktura.
Ang polymer electrolytes kay usa ka klase sa functional polymer materials nga adunay taas nga ionic conductivity, nga naporma pinaagi sa complexation reactions tali sa polymers ug metal salts gamit ang polymers isip matrix. Depende sa polymer matrix, ang kasagarang polymer electrolytes naglakip sa PEO-based polymer electrolytes, PVDE-based polymer electrolytes, PMMA-based polymer electrolytes, ug uban pa. Dili sama sa dili organikong solid-state electrolytes, ang mga polymer electrolyte gaan, elastic, ug stable. Sama sa dili organikong solid-state electrolytes, ang mga polymer electrolyte dili lang nagpahigayon og mga ion sa lithium-ion nga mga baterya apan naglihok usab isip mga separator sa baterya. Ang mga polymer electrolytes sa panguna adunay mga mosunud nga bentaha:
Kini epektibong makasulbad sa problema sa lithium dendrite formation sa lithium-ion nga mga baterya
Makapahiangay kini og maayo sa deformation atol sa proseso sa pag-charge ug pagdiskarga sa mga lithium-ion nga baterya
Mahimo kini nga makunhuran o mawagtang pa ang kemikal nga reaksyon tali sa mga electrolyte ug electrode nga materyales sa lithium-ion nga mga baterya
Kini adunay taas nga performance sa kaluwasan
Ang mga komplikado nga naporma sa lainlaing mga lithium salts (lakip ang LBF4, LIPF6, LiCFSO4, ug LiASF6) nga adunay PEO parehas sa mga naporma sa LiCIO4, nagpasabut nga ang tipo sa lithium salt wala’y direktang epekto sa tipo sa komplikado nga naporma sa PEO. Sa partikular, ang LiBF makahimo og duha ka complex nga adunay PEO: PEO4-LIBF ug PEO,S-LiBF. Kung ang ratio sa O/Li tali sa 16 ug 20, ang PEO2.5-LIBF4 mahimong magporma og eutectic sa PEO. Ang LPF6 mahimo usab nga magporma ug duha ka mga komplikado nga adunay PEO: PEO6-LiPF6 ug PEO:-LiPF6. Ang duha ka mga komplikado nga naporma sa LiASF6 nga adunay PEO parehas sa LiPF6, apan adunay medyo taas nga mga punto sa pagtunaw. Ang dagkong anion lithium salts mahimo usab nga maporma nga mga complex sa PEO, apan ang mga kinetics mas hinay. Dugang pa, ang presyur makaapekto usab sa pagtubo sa kristal sa pila ka sukod. Ang mas taas nga presyur nagpasiugda sa pagtubo sa spherulite, gipakunhod ang amorphous nga rehiyon, ug ang katugbang nga pagkunhod sa conductivity sa lithium-ion.