Usuli

Mnamo 1800, mwanafizikia wa Kiitaliano A. Volta alijenga rundo la voltaic, ambalo lilifungua mwanzo wa betri za vitendo na kuelezea kwa mara ya kwanza umuhimu wa electrolyte katika vifaa vya kuhifadhi nishati ya electrochemical. Electroliti inaweza kuonekana kama safu ya kuhami umeme na ioni kwa namna ya kioevu au imara, iliyoingizwa kati ya electrodes hasi na chanya. Hivi sasa, elektroliti ya hali ya juu zaidi hutengenezwa kwa kuyeyusha chumvi kigumu cha lithiamu (km LiPF6) katika kutengenezea kaboni kabonati isiyo na maji (km EC na DMC). Kulingana na muundo wa seli ya jumla na muundo, elektroliti kawaida huchukua 8% hadi 15% ya uzani wa seli. Nini's zaidi, kuwaka kwake na kiwango bora cha joto cha uendeshaji cha -10°C hadi 60°C huzuia kwa kiasi kikubwa uboreshaji zaidi wa msongamano wa nishati ya betri na usalama. Kwa hiyo, uundaji wa ubunifu wa elektroliti unachukuliwa kuwa kuwezesha uendelezaji wa kizazi kijacho cha betri mpya.

Watafiti pia wanafanya kazi kutengeneza mifumo tofauti ya elektroliti. Kwa mfano, utumiaji wa vimumunyisho vyenye florini ambavyo vinaweza kufikia uendeshaji bora wa baisikeli ya chuma ya lithiamu, elektroliti kikaboni au isokaboni ambayo ni faida kwa tasnia ya gari na "betri za hali ngumu" (SSB). Sababu kuu ni kwamba ikiwa elektroliti imara itachukua nafasi ya elektroliti ya awali ya kioevu na diaphragm, usalama, msongamano wa nishati moja na maisha ya betri yanaweza kuboreshwa kwa kiasi kikubwa. Ifuatayo, tunatoa muhtasari wa maendeleo ya utafiti wa elektroliti thabiti na nyenzo tofauti.

Elektroliti dhabiti isokaboni

Elektroliti dhabiti zisizo hai zimetumika katika vifaa vya kibiashara vya kuhifadhi nishati ya kielektroniki, kama vile betri za halijoto ya juu zinazoweza kuchajiwa tena Na-S, Na-NiCl2 na betri msingi za Li-I2. Huko nyuma mnamo 2019, Hitachi Zosen (Japani) alionyesha betri ya hali dhabiti ya 140 mAh itakayotumika angani na kujaribiwa kwenye Kituo cha Kimataifa cha Anga za Juu (ISS). Betri hii inaundwa na elektroliti ya sulfidi na vipengele vingine vya betri ambavyo havijafichuliwa, vinavyoweza kufanya kazi kati ya -40.°C na 100°C. Mnamo mwaka wa 2021 kampuni inaleta betri yenye uwezo wa juu zaidi ya 1,000 mAh. Hitachi Zosen anaona hitaji la betri thabiti kwa mazingira magumu kama vile nafasi na vifaa vya viwandani vinavyofanya kazi katika mazingira ya kawaida. Kampuni inapanga kuongeza uwezo wa betri mara mbili ifikapo 2025. Lakini hadi sasa, hakuna bidhaa ya betri ya hali ya juu ambayo inaweza kutumika katika magari ya umeme.

Elektroliti za nusu-imara na kikaboni

Katika kategoria ya elektroliti kikaboni, Bolloré ya Ufaransa imefaulu kufanya biashara ya elektroliti ya aina ya gel PVDF-HFP na elektroliti ya PEO ya aina ya jeli. Kampuni pia imezindua programu za majaribio ya kugawana gari huko Amerika Kaskazini, Ulaya na Asia ili kutumia teknolojia hii ya betri kwa magari ya umeme, lakini betri hii ya polima haijawahi kupitishwa sana katika magari ya abiria. Sababu moja inayochangia kupitishwa kwao kibiashara ni kwamba zinaweza kutumika tu kwa viwango vya juu vya joto (50°C hadi 80°C) na safu za chini za voltage. Betri hizi sasa zinatumika katika magari ya biashara, kama vile baadhi ya mabasi ya jiji. Hakuna kesi za kufanya kazi na betri dhabiti za elektroliti za polima kwenye joto la kawaida (yaani, karibu 25°C).

Kitengo cha semisolid kinajumuisha elektroliti zenye mnato sana, kama vile michanganyiko ya kuyeyusha chumvi, myeyusho wa elektroliti ambao ukolezi wa chumvi unazidi kiwango cha 1 mol/L, chenye viwango au nukta za kueneza hadi 4 mol/L. Wasiwasi wa michanganyiko ya elektroliti iliyokolea ni kiwango cha juu kiasi cha chumvi zenye florini, ambayo pia huzua maswali kuhusu maudhui ya lithiamu na athari za kimazingira za elektroliti hizo. Hii ni kwa sababu uuzaji wa bidhaa iliyokomaa unahitaji uchambuzi wa kina wa mzunguko wa maisha. Na malighafi kwa ajili ya elektroliti nusu-imara iliyotayarishwa pia zinahitajika kuwa rahisi na zinazopatikana kwa urahisi ili kuunganishwa kwa urahisi zaidi kwenye magari ya umeme.

Elektroliti mseto

Elektroliti mseto, pia hujulikana kama elektroliti mchanganyiko, zinaweza kurekebishwa kulingana na elektroliti mseto za viyeyusho vyenye maji/hai au kwa kuongeza suluhu ya elektroliti kioevu isiyo na maji kwenye elektroliti dhabiti, kwa kuzingatia utengezaji na ukubwa wa elektroliti imara na mahitaji ya teknolojia ya kuweka mrundikano. Walakini, elektroliti kama hizo za mseto bado ziko katika hatua ya utafiti na hakuna mifano ya kibiashara.

Kuzingatia kwa maendeleo ya kibiashara ya elektroliti

Faida kuu za elektroliti dhabiti ni usalama wa hali ya juu na maisha marefu ya mzunguko, lakini mambo yafuatayo yanapaswa kuzingatiwa kwa uangalifu wakati wa kutathmini kioevu mbadala au elektroliti dhabiti:

• Mchakato wa utengenezaji na muundo wa mfumo wa elektroliti thabiti. Betri za kupima maabara kwa kawaida huwa na chembe dhabiti za elektroliti zenye unene wa mikroni mia kadhaa, zikiwa zimepakwa upande mmoja wa elektrodi. Seli hizi ndogo dhabiti haziwakilishi utendakazi unaohitajika kwa seli kubwa (10 hadi 100Ah), kwani uwezo wa 10~100Ah ndio vipimo vya chini zaidi vinavyohitajika kwa betri za sasa za nishati.
• Electrolyte imara pia inachukua nafasi ya jukumu la diaphragm. Kwa vile uzito na unene wake ni mush mkubwa kuliko diaphragm ya PP/PE, lazima irekebishwe ili kufikia uzito wa uzito.≥350Wh/kgna msongamano wa nishati≥900Wh/L ili kuzuia kuzuia ufanyaji biashara wake.

Betri daima ni hatari kwa usalama kwa kiwango fulani. Elektroliti imara, ingawa ni salama zaidi kuliko vinywaji, si lazima ziwe zisizoweza kuwaka. Baadhi ya polima na elektroliti isokaboni zinaweza kuitikia pamoja na oksijeni au maji, na hivyo kutoa joto na gesi zenye sumu ambazo pia huleta hatari ya moto na mlipuko. Mbali na seli moja, plastiki, kesi na vifaa vya pakiti vinaweza kusababisha mwako usioweza kudhibitiwa. Kwa hivyo hatimaye, mtihani wa jumla wa usalama wa kiwango cha mfumo unahitajika.