Электролитҳои сахт нисбат ба электролитҳои моеъ бартариҳои зиёд доранд. Масалан, онҳо метавонанд деформатсияи электродро ҳангоми пуркунӣ ва холӣ кам карда, бехатариро беҳтар созанд. Онҳо инчунин устувории аъло доранд, коркард ва афзоиши онҳо осон астлитийдендритҳоро дар электролитҳои озод-полимерҳои сахт кам кардан мумкин аст.
Тадқиқот оид ба электролитҳои полимерӣ ҳанӯз дар соли 1973 оғоз ёфт, вақте ки Фентон ва дигарон. кашф кард, ки комплексхои оксиди полиэтиленй (ПЭО) бо металлхои ишко-лй ионхо гузаронда метавонанд. Аз он вақт инҷониб, электролитҳои полимерӣ таваҷҷӯҳи зиёдро ҷалб карданд.
Дар соли 1978 доктор Арманд пешгӯӣ карда буд, ки электролитҳои полимерии сахти PEO-дар асоси-давлатӣ метавонанд ҳамчун электролитҳо барои батареяҳо истифода шаванд.
Дар давоми ду дахсолаи оянда тадкикотчиён барои омухтани механизми гузаронии ионхо ва хосиятхои физикию химиявии сархади электролит- дар аккумулятор чидду чахди зиёд сарф карданд ва ба пешравихои хуб ноил гардиданд.
Батареяҳои литий- бо истифода аз электролитҳои сахти полимерӣ метавонанд мушкилоти ихроҷи марбут ба электролитҳои моеъро пешгирӣ кунанд.
Полимерҳоро коркард кардан осон аст ва онҳоро хурдтар кардан мумкин аст. Аз сабаби пластикии баландашон полимерҳоро барои сохтани батареяҳои борик-плёнка низ истифода бурдан мумкин аст. Сохторҳои гуногуни батареяро бо истифода аз электролитҳои полимерӣ барои қонеъ кардани талаботҳои гуногуни татбиқ сохтан мумкин аст. Ғайр аз он, электролитҳои полимерӣ дар муқоиса бо электролитҳои моеъ устувории баландтари химиявӣ, электрохимиявӣ ва гармиро пешниҳод мекунанд, бо аксуламалҳои тарафҳо бо электродҳо ва доираи васеи ҳарорати корӣ. Фасли электролитҳои полимерӣ метавонад тағирёбии ҳаҷмро дар электродҳо ҳангоми заряд ва холӣ буферӣ кунад ва сохтори батареяро мӯътадил созад. Аз ин рӯ, пас аз тиҷоратикунонии батареяҳои моеъ-, технологияи батареяи литий-, ки ба электролитҳои полимерӣ асос ёфтааст, босуръат инкишоф меёбад ва ба тиҷорат муваффақ мегардад.
Барои тасниф кардани электролитҳои полимерӣ усулҳои зиёде мавҷуданд ва стандартҳо гуногунанд. Дар айни замон, электролитҳои полимерии сахт асосан аз рӯи намуди полимерҳои истифодашаванда, ба монанди машҳуртарин оксиди полиэтиленӣ (PEO), инчунин полиметилметакрилат (PMMA) ва полиакрилонитрил (PAN) фарқ мекунанд. Умуман, электролитҳои полимерӣ бояд ба шартҳои зерин ҷавобгӯ бошанд, то дар батареяҳои литий- амалан истифода шаванд.
Ноқилнокии баланди ионӣ
Шумораи назарраси интиқоли ионҳои литий-
Қувваи хуби механикӣ
Тирезаи васеи электрохимиявй
Устувории аълои химиявӣ ва гармӣ
Дар системаҳои ҳозираи электролитҳои полимерӣ, полимерҳо дар ҳарорати хонагӣ кристаллии назаррас нишон медиҳанд, ки чаро гузарониши электролитҳои полимерии сахт дар ҳарорати хонагӣ нисбат ба электролитҳои моеъ хеле пасттар аст. Аксари кристаллҳо дар полимерҳо сферулитҳо буда, байни онҳо минтақаҳои аморфӣ доранд. Одатан чунин мешуморанд, ки интиқоли ионҳои литий- асосан дар ин минтақаҳои аморфӣ ба амал меояд.
Аз ин рӯ, фаҳмидани сохтори фазавии полимерҳо барои омӯзиши механизми интиқоли ионҳои литий- муфид аст.
Барои системаҳои электролитҳои бинарии полимерӣ сохтори фазавӣ асосан аз ду намуд иборат аст: минтақаҳои кристаллӣ ва минтақаҳои аморфӣ. Ташаккули минтақаҳои кристаллӣ кинетикӣ асоснок карда мешавад ва бевосита бо шароит ва вақти мушаххаси омодагӣ алоқаманд аст. Агар ба таври қатъӣ гуем, аз сабаби мавҷудияти минтақаҳои кристаллӣ дар системаи полимерӣ ва фарқияти назарраси ин минтақаҳо бо шароитҳои гуногун, муқоисаи ноқилҳои навъҳои гуногуни электролитҳои полимерӣ чандон илмӣ нест. Аммо, дар шароити муайян, агар афзоиши минтақаҳои кристаллӣ суст бошад ва инҳироф дар ноқилҳои ионӣ дар доираи қобили қабул бошад, муқоисаи ноқилӣ қобили қабул аст. Ин аст, ки чаро мо аксар вақт натиҷаҳои гуногунро муқоиса мекунем.
Азбаски афзоиши сферулитҳо дар полимер аз вақт-вобаста аст, гузарониши ионӣ дар ҳарорати поёнтар аз нуқтаи обшавии полимер низ ба вақт-вобаста аст. Ғайр аз он, гузарониши ионҳои литий-и электролитҳои полимерӣ ба суръати гармӣ, суръати хунуккунӣ ва вақти истироҳат алоқаманд аст. Масалан, муддати тӯлонии истироҳат боиси сохтори кристаллии полимерии мукаммал ва кристаллии баланд мегардад, ки боиси тадриҷан паст шудани гузарониши ионӣ то ҳадди ақал бо зиёд шудани вақти истироҳат мегардад. Ба ҳамин монанд, суръати сардшавии сусттар ба кристаллизатсияи мукаммал оварда мерасонад ва гузариши мувофиқи ион низ тадриҷан то ҳадди ақал коҳиш меёбад.
Гирифтани электролитҳои бинарии полимерии сахти PEO ва LiCIO4, ин сохтор сохторҳои фазаҳои сершумор дорад. Аввалан, LiClO4 ва PEO метавонанд комплексҳои гуногунро ташкил кунанд, аз ҷумла PEO6-LiCIO4, PEO3{25}}LiCIO4, PEO2-LiCIO4 ва PEO-LiClO4. Дар байни онҳо, вақте ки O:Li=10:1, PEO6-LiCIO4 метавонад бо PEO эвтектикаро бо нуқтаи обшавии 50 дараҷа ташкил диҳад. Илова бар ин, вақте ки ҳарорат то 160 дараҷа баланд мешавад, эвтектикаи калон пайдо мешавад. Дар ҷараёни хунуккунӣ эвтектикаи калон се намуди сферулитҳоро ба вуҷуд меорад: навъи якум дар ҳарорати 120 дараҷа гудохта мешавад ва миқдори зиёди намак дорад; навъи дуюм аз 45 то 60 дараҷа об мешавад, намаки кам дорад ва суст ба вуҷуд меояд; навъи сеюм нуқтаи обшавӣ нисбат ба полимери мизбон каме пасттар буда, тезтар ташаккул меёбад. Таҳқиқот ва таҳлилҳо нишон медиҳанд, ки: навъи якуми сферулит эҳтимолан PEO3-LiCIO4 аст; навъи дуюм метавонад омехтаи комплексҳои PEO-LiCIO4 ва PEO3-LiCIO4 бошад; ва навъи сеюм ба худи PEO мувофиқат мекунад. Ғайр аз он, таркиби намаки литий ва раванди коркарди гармӣ ҳарду метавонанд ба тағйироти сохторӣ оварда расонанд.
Электролитҳои полимерӣ як синфи маводи полимерии функсионалии дорои гузаронандагии баланди ионӣ мебошанд, ки дар натиҷаи реаксияҳои комплексӣ байни полимерҳо ва намакҳои металлӣ бо истифода аз полимерҳо ҳамчун матритса ба вуҷуд меоянд. Вобаста ба матритсаи полимерӣ, электролитҳои маъмулии полимерӣ электролитҳои полимерии PEO-, электролитҳои полимерии PVDE-, электролитҳои полимерии PMMA- ва ғайраро дар бар мегиранд. Баръакси электролитҳои ҳолати сахти ғайриорганикӣ{5}} электролитҳои полимерӣ сабук, чандир ва устувор мебошанд. Мисли электролитҳои ҳолати сахти ғайриорганикӣ, электролитҳои полимерӣ на танҳо ионҳоро дар батареяҳои литий- мегузаронанд, балки ҳамчун ҷудокунандаи батарея низ амал мекунанд. Электролитҳои полимерӣ асосан бартариҳои зерин доранд:
Он метавонад масъалаи ташаккули дендрити литийро дар батареяҳои литий- ба таври муассир ҳал кунад
Он метавонад ба деформатсия ҳангоми пур кардан ва холӣ кардани батареяҳои литий- мувофиқат кунад.
Он метавонад реаксияи химиявии байни электролитҳо ва электродҳоро дар батареяҳои литий- коҳиш диҳад ё ҳатто нест кунад.
Он дорои иҷрои баланди бехатарӣ
Маҷмӯаҳое, ки аз намакҳои гуногуни литий (аз ҷумла LBF4, LIPF6, LiCFSO4 ва LiASF6) бо PEO ташкил карда мешаванд, асосан ба онҳое, ки аз ҷониби LiCIO4 ташкил карда шудаанд, шабоҳат доранд, яъне намуди намаки литий ба намуди комплекси бо PEO ташкилшуда таъсири мустақим надорад. Махсусан, LiBF метавонад бо PEO ду комплекс ташкил кунад: PEO4-LIBF ва PEO,S-LiBF. Вақте ки таносуби O/Li аз 16 то 20 аст, PEO2.5-LIBF4 метавонад бо PEO эвтектика ташкил кунад. LPF6 инчунин метавонад бо PEO ду комплекс ташкил кунад: PEO6-LiPF6 ва PEO: -LiPF6. Ду комплексе, ки аз ҷониби LiASF6 бо PEO ташкил карда шудаанд, ба комплексҳои LiPF6 монанданд, аммо бо нуқтаҳои обшавии нисбатан баландтар. Намакҳои калони аниони литий низ метавонанд бо PEO комплексҳо ташкил кунанд, аммо кинетика хеле сусттар аст. Ғайр аз он, фишор инчунин ба афзоиши кристалл то андозае таъсир мерасонад. Фишори баланд ба афзоиши сферулит мусоидат мекунад, минтақаи аморфро коҳиш медиҳад ва мутаносибан гузарониши литий-ионро коҳиш медиҳад.