उच्च-सांद्रता वाले इलेक्ट्रोलाइट डिज़ाइन के क्या फायदे हैं?

उच्च सांद्रता वाले इलेक्ट्रोलाइट्स आमतौर पर पारंपरिक इलेक्ट्रोलाइट्स (आमतौर पर > 3 मोल/एल, और यहां तक कि 5-10 मोल/एल या उससे अधिक) की तुलना में काफी अधिक नमक सांद्रता वाले सिस्टम को संदर्भित करते हैं।उन्होंने लिथियम/सोडियम/जिंक-आयन बैटरी जैसे इलेक्ट्रोकेमिकल ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में काफी ध्यान आकर्षित किया है।.

I. उच्च सांद्रता वाले इलेक्ट्रोलाइट डिजाइन के विशिष्ट लाभ क्या हैं?

1विद्युत रासायनिक स्थिरता खिड़की का विस्तार

उच्च सांद्रता में, एनिऑन सॉल्वेशन संरचनाओं में भाग लेते हैं, मुक्त सॉल्वेंट अणुओं की संख्या को कम करते हैं।विलायक अणुओं और कैशनों के बीच मजबूत समन्वय उच्चतम कब्जे वाले आणविक ऑर्बिटल को कम करता है और निम्नतम खाली आणविक ऑर्बिटल को बढ़ाता है, जिससे एंटीऑक्सिडेंट क्षमता में काफी सुधार होता है, इलेक्ट्रोलाइट अपघटन को रोकता है, और उच्च वोल्टेज कैथोड (जैसे 5V स्तर की सामग्री) और लिथियम/सोडियम धातु एनोड को मेल खाता है।

2डेंड्राइट के विकास को रोकने और सुरक्षा में सुधार

लगभग कोई मुक्त विलायक अणु नहीं होने के कारण, एनीयनों को अकार्बनिक घटकों (जैसे LiF और Li3N) से समृद्ध एक स्थिर ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस बनाने के लिए प्राथमिकता दी जाती है। यह इंटरफ़ेस घना है,वर्दी, और उच्च यांत्रिक शक्ति है, प्रभावी रूप से लिथियम / सोडियम डेंड्राइट्स को विभाजक को छेदने से रोकता है और शॉर्ट सर्किट और थर्मल रनवे के जोखिम को कम करता है।

3थर्मल स्थिरता में सुधार

कम मुक्त विलायक और विलायक और नमक के बीच मजबूत बातचीत इलेक्ट्रोलाइट की अस्थिरता और ज्वलनशीलता को कम करती है।कुछ उच्च सांद्रता वाले सिस्टम "अज्वलनशील" स्तर तक भी पहुंच जाते हैं, उच्च तापमान या दुरुपयोग की स्थिति में बैटरी सुरक्षा में काफी सुधार।

4. संक्रमण धातु विघटन को दबाएं

उच्च वोल्टेज के तहत, उच्च सांद्रता प्रणाली कैथोड सामग्री के इलेक्ट्रोलाइट संक्षारण को कम करती है और Mn, Co, और Ni जैसे संक्रमण धातु आयनों के विघटन को दबा देती है,इस प्रकार कैथोड संरचना को स्थिर और चक्र जीवन का विस्तार.

5विशेष प्रणालियों जैसे "जल-नमक" को प्राप्त करना

जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स में, अति-उच्च सांद्रता सभी जल अणुओं को सॉल्वेशन में भाग लेने की अनुमति देती है, जिससे पानी की इलेक्ट्रोकेमिकल खिड़की (१.२३ वी से ३.० वी से अधिक) में काफी वृद्धि होती है।यह जलयुक्त बैटरी में उच्च वोल्टेज इलेक्ट्रोड सामग्री का उपयोग करने में सक्षम बनाता है, सुरक्षा और ऊर्जा घनत्व को संतुलित करना।

उच्च एकाग्रता वाले इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करने के नुकसान?

1उच्च चिपचिपाहट और खराब गीलापन

उच्च सांद्रताएं आंतरिक आदान-प्रदान को बढ़ाती हैं, जिससे इलेक्ट्रोलाइट चिपचिपाहट में तेज वृद्धि होती है। इससे विभाजक और इलेक्ट्रोड की गीलापन कम हो जाती है,इलेक्ट्रोलाइट इंजेक्शन मुश्किल और संभावित रूप से विद्युत के भीतर आयन परिवहन प्रतिरोध को बढ़ाने, दर के प्रदर्शन को प्रभावित करता है।

2कम आयनिक चालकता

यद्यपि चार्ज वाहक की संख्या बढ़ जाती है, बढ़ी हुई चिपचिपाहट आयन गतिशीलता में महत्वपूर्ण कमी का कारण बनती है। आयन चालकता अक्सर पारंपरिक एकाग्रता प्रणालियों की तुलना में कम होती है,विशेष रूप से निम्न तापमान पर, बैटरी के तेजी से चार्ज और कम तापमान परफॉर्मेंस को प्रभावित करता है।

3उच्च लागत

उच्च एकाग्रता का अर्थ है कि अधिक लिथियम लवण (जैसे LiPF6, LiFSI, LiTFSI, आदि) इलेक्ट्रोलाइट के प्रति यूनिट वॉल्यूम खपत होते हैं। ये लिथियम लवण महंगे होते हैं,बैटरी की विनिर्माण लागत में काफी वृद्धि.

4प्रक्रियाओं और उपकरणों के लिए उच्च आवश्यकताएं

• कुछ उच्च सांद्रता वाले इलेक्ट्रोलाइट्स (जैसे LiFSI आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स) एल्यूमीनियम करंट कलेक्टरों को जंग दे सकते हैं, जिसके लिए विशेष उपचार या additives की शुरूआत की आवश्यकता होती है।

• उच्च चिपचिपाहट वैक्यूम इंजेक्शन और इम्प्रेनेशन जैसी प्रक्रियाओं के लिए चुनौतियां पैदा करती है, जिसके लिए संभावित रूप से लंबे समय तक जमा होने या दबावयुक्त इम्प्रेनेशन की आवश्यकता होती है।

• अति-उच्च सांद्रता वाले प्रणालियों में नमक कम तापमान पर या लंबे समय तक जमा होने के दौरान जड़ सकते हैं, जिससे स्थिरता प्रभावित होती है।

5. सीमित निम्न तापमान प्रदर्शन

उच्च सांद्रता वाले प्रणालियों में अक्सर उच्च यूटेक्टिक बिंदु होते हैं, जिससे कम तापमान पर चिपचिपाहट में तेज वृद्धि होती है, और यहां तक कि आंशिक नमक क्रिस्टलीकरण भी होता है,जिसके परिणामस्वरूप कम तापमान पर क्षमता में गंभीर गिरावट आती है.

6जटिल इंटरफ़ेस संगतता

जबकि उच्च सांद्रता आम तौर पर स्थिर इंटरफेस फिल्मों को बढ़ावा देती है, कुछ प्रणालियों में, अत्यधिक मोटी या असमान इंटरफेस फिल्में वास्तव में इंटरफेस प्रतिबाधा को बढ़ा सकती हैं,विशेष रूप से साइकिल चलाने के दौरान, जिससे लगातार मोटापा बढ़ता है और दीर्घकालिक चक्र स्थिरता प्रभावित होती है।

उच्च सांद्रता वाले इलेक्ट्रोलाइट्स, सॉल्वेशन संरचना को बदलकर, स्थिरता, सुरक्षा और इंटरफेस नियंत्रण में महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करते हैं,उन्हें अगली पीढ़ी की उच्च ऊर्जा घनत्व वाली बैटरी (विशेष रूप से धातु एनोड बैटरी) के लिए एक प्रमुख तकनीक बनानाहालांकि, उनकी उच्च चिपचिपाहट, कम चालकता, उच्च लागत और प्रक्रिया संगतता व्यावहारिक अनुप्रयोगों में दूर करने के लिए प्रमुख बाधाएं बनी हुई हैं।सामान्य रणनीतियों में निम्न चिपचिपाहट वाले सह-विलायकों की शुरूआत शामिल है, स्थानीय रूप से उच्च सांद्रता वाले इलेक्ट्रोलाइट्स (डिल्लुएंट्स के साथ) का उपयोग करना और इन लाभों को बनाए रखते हुए इंजीनियरिंग प्रदर्शन में सुधार के लिए नए नमक / सॉल्वैंट्स सिस्टम विकसित करना।