Zein material daude litio ioizko bateria batean?

Punta-puntako katodoen materialen artean litio-metal oxidoak daude [adibidez, LiCoO ₂ , LiMn ₂ O ₄ , eta Li(NixMnyCoz)O ₂ ], vanadio oxidoak, olibinoak (adibidez, LiFePO ₄ ), eta litio oxido kargagarriak. ^11,12 Kobaltoa eta nikela duten oxido geruzatuak dira gehien aztertutako materialak litio-ioizko bateriek.Egonkortasun handia erakusten dute goi-tentsioan baina kobaltoak erabilgarritasun mugatua du naturan eta toxikoa da, eta hori izugarrizko eragozpena da fabrikazio masiborako.Manganesoak kostu baxuko ordezkapena eskaintzen du atalase termiko altuarekin eta tasa gaitasun bikainarekin baina txirrindularitza-jokabide mugatua duena.Hori dela eta, kobalto, nikela eta manganesoaren nahasketak erabiltzen dira maiz propietate onenak konbinatzeko eta eragozpenak minimizatzeko.Banadio oxidoek gaitasun handia eta zinetika bikaina dute.Hala ere, litio txertatze eta erauzketa dela eta, materiala amorfo bihurtzeko joera du, eta horrek txirrindularitzaren portaera mugatzen du.Olibinoak ez dira toxikoak eta gaitasun moderatua dute txirrindularitzaren ondorioz desagertze baxuarekin, baina haien eroankortasuna baxua da.Eroankortasun eskasa osatzen duten materiala estaltzeko metodoak sartu dira, baina prozesatzeko kostu batzuk gehitzen dizkio bateriari.

Anodoen materialak

Anodoen materialak litioa, grafitoa, litio-aleaziozko materialak, intermetalikoak edo silizioa dira. ¹¹ Litioa materialrik zuzenena dela dirudi, baina bizikletaren portaerarekin eta hazkuntza dendritikoarekin arazoak ditu, zirkuitu laburrak sortzen dituena.Karbonozko anodoak dira gehien erabiltzen diren material anodikoak, kostu eta erabilgarritasun baxuagatik.Hala ere, gaitasun teorikoa (372 mAh/g) eskasa da litioaren karga-dentsitatearekin alderatuta (3.862 mAh/g).Grafito barietate berriekin eta karbono-nanohodiekin egindako ahalegin batzuk ahalmena handitzen saiatu dira, baina prozesatzeko kostu handien prezioa ekarri dute.Aleazio-anodoek eta konposatu intermetalikoek ahalmen handiak dituzte, baina bolumen-aldaketa izugarria ere erakusten dute, eta ondorioz txirrindularitzaren portaera txarra da.Bolumen-aldaketa gainditzeko ahaleginak egin dira material nanokristalinoak erabiliz eta aleazio-fasea (Al, Bi, Mg, Sb, Sn, Zn eta beste batzuekin) aleaziorik gabeko egonkortze-matrize batean (Co, Cu, Fe edo Fe-rekin). Ni).Silizioak 4.199 mAh/g-ko gaitasun oso handia du, Si-ren konposizioari dagokiona ₅ Li ₂₂ .Hala ere, txirrindularitzaren portaera txarra da, eta oraindik ez da ulertzen ahalmenaren desagerpena.

Elektrolitoak

Seguru eta iraupen luzeko bateria batek elektrolito sendo bat behar du, dagoen tentsioa eta tenperatura altuak jasan ditzakeena eta iraupen luzea izango duena, litio ioientzako mugikortasun handia eskaintzen duena.Moten artean likido, polimero eta egoera solidoko elektrolitoak daude. ¹¹ Elektrolito likidoak LiBC duten elektrolito organikoak eta disolbatzaileak dira gehienbat ₄ O ₈ (LiBOB), LiPF ₆ , Li[PF ₃ (C ₂ F ₅ ) ₃ ], edo antzekoa.Garrantzitsuena hauen sukotasuna da;disolbatzaile hoberenek irakite-puntu baxuak dituzte eta 30°C inguruko distira-puntuak dituzte.Hori dela eta, zelula aireztatzeak edo leherketak eta, ondoren, bateriak arriskua dakar.Elektrolitoen deskonposizioak eta albo-erreakzio oso exotermikoek litio-ioizko baterietan "ihes termikoa" deritzon efektua sor dezakete.Beraz, elektrolito bat hautatzeak maiz sukoitasunaren eta errendimendu elektrokimikoaren arteko trukea dakar.

Bereiztzaileek itzaltze termikoko mekanismoak dituzte, eta modulu eta bateria-paketei kanpoko kudeaketa termiko sofistikatu osagarriak gehitzen zaizkie.Likido ionikoak egonkortasun termikoaren ondorioz kontuan hartzen dira, baina eragozpen handiak dituzte, esate baterako, litioa anodotik ateratzea.

Polimero-elektrolitoak ionikoki eroaleko polimeroak dira.Sarritan nahasten dira zeramikazko nanopartikulak dituzten konpositeetan, eta ondorioz eroankortasun handiagoa eta tentsio handiagoekiko erresistentzia izaten dira.Gainera, likatasun handia eta portaera ia-solidoa dela eta, polimero elektrolitoek litio-dendritak haztea eragotzi dezakete. ¹³ eta, beraz, litio metaliko anodoekin erabil liteke.

Elektrolito solidoak litio-ioizko kristal eroaleak eta zeramikazko betaurrekoak dira.Tenperatura baxuko errendimendu oso eskasa erakusten dute solidoaren litioaren mugikortasuna asko murrizten delako tenperatura baxuetan.Gainera, elektrolito solidoek deposizio-baldintza eta tenperatura-tratamendu bereziak behar dituzte portaera onargarria lortzeko, eta erabilera oso garestitzen da, nahiz eta bereizgailuen beharra eta ihes termikoen arriskua ezabatzen duten.

Bereizleak

Bereizle materialen eta beharren berrikuspen ona P. Arora eta Z. Zhang-ek eskaintzen dute. ¹⁴ Bere izenak dioen bezala, bateria-bereizleak bi elektrodoak elkarrengandik fisikoki bereizten ditu, horrela zirkuitu laburra saihestuz.Elektrolito likido baten kasuan, bereizlea apar-materiala da, elektrolitoarekin bustitzen dena eta bere lekuan eusten duena.Isolatzaile elektronikoa izan behar du elektrolitoen erresistentzia minimoa, egonkortasun mekaniko maximoa eta degradazioarekiko erresistentzia kimikoa duen ingurune elektrokimiko oso aktiboan.Horrez gain, bereizleak askotan segurtasun-eginbide bat du, "itxialdi termikoa" izenekoa;tenperatura altuetan, urtu edo bere poroak ixten ditu litio-ioi-garraioa ixteko, egonkortasun mekanikoa galdu gabe.Bereizleak xafletan sintetizatzen dira eta elektrodoekin muntatzen dira edo elektrodo batean in situ metatzen dira.Kostuari dagokionez, azken hau da hobetsitako metodoa, baina beste sintesi, manipulazio eta arazo mekaniko batzuk sortzen ditu.Egoera solidoko elektrolitoek eta polimero elektrolito batzuek ez dute bereizgailurik behar.