Elektrolity stałe majōm mocka przewog przed ciekłymi elektrolitami. Bez przikłod mogōm łagodzić deformacyjo elektrod w czasie ładowanio i rozładowanio, co poprawio bezpiyczyństwo. Majōm tyż perfekt stabilność, sōm łacne do przetworzanio, a wzrōstlitdendryty mogōm być zminimalizowane w elektrolitach stałych polimerycznych bez rozpuszczalnika-.
Podszukowania nad polimerycznymi elektrolitami zaczły sie już w 1973 roku, kedy Fenton et al. ôdkrył, iże kōmpleksy tlynku polietylenu (PEO) z metalami alkalicznymi mogōm przewodzić jōny. Ôd tego czasu polimeryczne elektrolity prziciōngajōm srogo uwoga.
W 1978 roku Dr. Armand przewidowoł, iże elektrolity stałego polimeru ôparte na PEO- mogōm być używane za elektrolity do baterii.
Bez dalsze dwie dekady badocze poświynciyli ôgrōmne proce podszukowaniu mechanizmu przewodzynio jōnōw i włosności fizykochymicznych granice elektrolitu-elektrody w bateriji i poczyniyli dobry postymp.
Litowo-jōnowe baterje, co używajōm stałych polimerycznych elektrolitōw, mogōm zapobiygać problymym wycieku zwiōnzanym ze ciekłymi elektrolitami.
Polimery sōm łacne do przetworzanio i mogōm być zminiaturyzowane. Skuli swojij wysokij plastyczności polimery mogōm być tyż używane do tworzynio ciynkofilmowych baterii. Rozmajte struktury baterii mogōm być wytwarzane ze użyciym polimerycznych elektrolitōw, coby społnić rozmajte wymogania zastosowań. Co wiyncyj, polimeryczne elektrolity ôferujōm srogszo chymiczno, elektrochymiczno i termiczno stabilność w porōwnaniu ze ciekłymi elektrolitami, przi myńszyj liczbie reakcyji ubocznych z elektrodami i srogszym zakresie tymperatur roboczych. Elastyczność polimerycznych elektrolitōw może buforować zmiany ôbjyntości elektrod w czasie ładowanio i rozładowanio, stabilizujōnc struktura baterije. Beztōż po skōmercjalizacyji baterii ciekłych-jōnōw, technologijo litowo-jōnōw ôparto na polimerycznych elektrolitach wartko sie rozwiniy i ôsiōngnie podarzōno skōmercjalizacyjo.
Istnieje moc metod klasyfikacyje polimerycznych elektrolitōw, a sztandardōw sie rōżniōm. Teroźnie elektrolity stałych polimerōw sōm głownie wyrōżniane podle zorty używanego polimeru, takigo jak nojbarzij znany utlynk polietylenu (PEO) ôparty na polieterze, jak tyż metakrylan polimetylu (PMMA) i poliakrylōnitril (PAN). Ôgōlnie rzecz bierōnc, polimeryczne elektrolity muszōm społniać nastympujōnce warōnki, coby być praktycznie używane w litowo-jōnowych bateriach.
Wysoko jōnowo przewodność
Srogo liczba przenoszynio jōnōw litu-
Dobro wytrzymałość mechaniczno
Szyroke ôkno elektrochymiczne
Perfekt stabilność chymiczno i termiczno
W teroźnych polimerycznych układach elektrolitōw polimery wykazujōm znaczōnco krystaliniczność w tymperaturze pokojowyj, co klaruje, czymu przewodność elektrolitōw stałych polimerycznych w tymperaturze pokojowyj je moc niższo aniżeli przewodność ciekłych elektrolitōw. Wiynkszość kryształōw we polimerach to sferulity, z amorficznymi regiōnami miyndzy niymi. Ôgōlnie uwożo sie, iże przewodzynie litu-jōnōw wystympuje głownie w tych amorficznych regiōnach.
Beztōż zrozumiynie struktury fazowyj polimerōw je przidatne do badanio mechanizmu przewodzynio jōnōw litu-.
W przipadku binarnych polimerycznych układōw elektrolitōw struktura fazowo skłodo sie głownie z dwōch zortōw: regiōnōw krystalicznych i regiōnōw amorficznych. Tworzynie sie regiōnōw krystalicznych je napyndzane kinetycznie i bezpostrzednio zwiōnzane ze ôkryślōnymi warōnkami i czasym narychtowanio. Szczyro godajōnc, skuli ôbecności regiōnōw krystalicznych we układzie polimerycznym jak tyż znaczōncyj zmiynności tych regiōnōw w rozmajtych warōnkach, porōwnowanie przewodności rozmajtych zortōw polimerycznych elektrolitōw niy ma barzo naukowe. Jednak w pewnych warōnkach, jeźli wzrōst regiōnōw krystalicznych je powolny, a ôdchylynie przewodności jōnōw je we dopuszczalnym zakresie, porōwnowanie przewodności je dopuszczalne. Bez to czynsto porōwnujymy roztōmajte wyniki.
Pōniywoż wzrōst sferulitōw w polimerze je zoleżny ôd czasu, przewodność jōnōw w tymperaturach pōniżyj pōnktu topniynio polimeru je tyż zoleżno ôd czasu. Co wiyncyj, przewodność litu-jōnōw elektrolitōw polimerycznych je zwiōnzano z tympom ôgrzywanio, tympom chłodzynio i czasym relaksacyje. Bez przikłod dugszy czas relaksacyje powoduje barzij kōmpletno struktura krystaliczno polimeru i srogszo krystaliniczność, co prowadzi do stopniowego spodku przewodności jōnōw do minima wroz ze wzrōstym czasu relaksacyje. Podanie, wolniyjsze tympo chłodzynio powoduje barzij kōmpletno krystalizacyjo, a ôdpednio przewodność jōnowo tyż stopniowo ôbniży sie do minima.
Bierōnc za przikłod binarny stały polimerowy elektrolit PEO i LiCIO4, ta struktura zawiyro wielofazowe struktury. Po piyrsze, LiClO4 i PEO mogōm tworzić roztōmajte kōmpleksy, w tym PEO6, PEO3, PEO2-LiCIO4 i PEO-LiClO4. Postrzōd nich, kej O:Li=10:1, PEO6-LiCIO4 może tworzić eutektyka z PEO, ô tymperaturze topniynio 50 stopni . Ôkrōm tego, kej tymperatura je podniysiōno do 160 stopni , może powstać srogo eutektyka. W czasie procesu chłodzynio srogo eutektyka wytworzi trzi roztōmajte zorty sferulitōw: piyrszo zorta topnie sie powyżyj 120 stopni i mo wysoko zawartość soly; drugo zorta topnie sie ôd 45 do 60 stopni , mo nisko zawartość soly, i tworzi sie poleku; trzecio zorta mo pōnkt topniynio niyco niższy aniżeli polimer gospodorza i tworzi sie warcij. Podszukowania i analizy sugerujōm, iże: piyrszōm zortōm sferulitu je nojpewnij PEO3-LiCIO4; drugōm zortōm może być miszōngym kōmpleksōw PEO-LiCIO4 i PEO3-LiCIO4; a trzecio zorta ôdpado samym PEO. Co wiyncyj, zawartość soly litu i proces ôbrōbki cieplnyj mogōm kludzić do pōmian strukturalnych.
Elektrolity polimeryczne to klasa funkcjōnalnych materyji polimerycznych ô wysokij przewodności jōnowyj, tworzōnych bez reakcyje kōmpleksacyje miyndzy polimerami a solami metalicznymi, co używajōm polimerōw za maciyrz. Zależnie ôd maciyrze polimerowyj, wszeôbecne polimeryczne elektrolity ôbyjmujōm elektrolity polimeryczne ôparte na PEO-, elektrolity polimeryczne ôparte na PVDE-, elektrolity polimeryczne ôparte na PMMA-i i inksze. W ôpaczności do niyôrganicznych elektrolitōw we stanie stałym-, elektrolity polimeryczne sōm lekke, elastyczne i sztabilne. Podobnie jak niyôrganiczne elektrolity w stanie stałym, polimeryczne elektrolity niy ino przewodzōm jōny w bateriach litowych, ale działajōm tyż za separatory baterii. Polimeryczne elektrolity majōm głownie nastympujōnce przewogi:
Może to skutecznie rozwiōnzać problym tworzynio sie dendrytōw litowych w bateriach litowych-jōnōw
Może dobrze przipasować do deformacyje w czasie procesu ładowanio i rozładowanio baterii litowych-jōnōw
Może zmyńszyć abo nawet wyeliminować ryakcyjo chymiczno miyndzy elektrolitym a materyjami elektrodowymi w bateriach litowych-jōnōw
Mo wysoke wydajności bezpiyczyństwa
Kōmpleksy utworzōne bez roztōmajte sole litowe (w tym LBF4, LIPF6, LiCFSO4 i LiASF6) z PEO sōm zasadniczo podobne do tych utworzōnych bez LiCIO4, co ôznaczo, iże zorta soly litowyj niy mo bezpostrzednigo wpływu na zorta kōmpleksu utworzōnego z PEO. Szczegōlnie, LiBF może tworzić dwa kōmpleksy z PEO: PEO4-LIBF i PEO,S-LiBF. Kej stosunek O/Li wynosi miyndzy 16 a 20, PEO2,5-LIBF4 może tworzić eutektyka z PEO. LPF6 może tyż tworzić dwa kōmpleksy z PEO: PEO6-LiPF6 i PEO:-LiPF6. Dwa kōmpleksy utworzōne bez LiASF6 z PEO sōm podobne do tych LiPF6, ale majōm stosunkowo wyższe pōnkty topniynio. Sroge anijōnowe sole litowe mogōm tyż tworzić kōmpleksy z PEO, ale kinetyka je moc wolniyjszo. Co wiyncyj, ciśniynie tyż wpływo do pewnego stopnia na wzrōst kryształōw. Srogsze ciśniynie prōmuje wzrōst sferulitōw, zmyńszo amorficzny regiōn, a ôdpednio zmyńszo przewodność jōnōw litowo.