ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स का परिचय

 

ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स के तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के मुकाबले बहुत फायदा छै. उदाहरण कें लेल, इ चार्जिंग आ डिस्चार्जिंग कें दौरान इलेक्ट्रोड विरूपण कें कम कयर सकय छै, जेकरा सं सुरक्षा मे सुधार भ सकय छै. एकरऽ स्थिरता भी उत्कृष्ट छै, प्रोसेस करना आसान छै, आरू एकरऽ बढ़ोत्तरी भी होय छैलिथियमडेंड्राइट्स क॑ विलायक-मुक्त ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स म॑ न्यूनतम करलऽ जाब॑ सकै छै ।

ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स कें उपयोग सं लिथियम-आयन बैटरी तरल इलेक्ट्रोलाइट्स सं जुड़ल रिसाव कें समस्याक कें रोक सकय छै.

बहुलक कें संसाधित करनाय आसान छै आ एकरा लघु कैल जा सकय छै. अपनऽ उच्च प्लास्टिसिटी के कारण बहुलक के उपयोग पतली-फिल्म बैटरी बनाबै लेली भी करलऽ जाब॑ सकै छै । विभिन्न आवेदन आवश्यकताक कें पूरा करय कें लेल बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स कें उपयोग सं अलग-अलग बैटरी संरचना कें निर्माण कैल जा सकय छै. एकरऽ अलावा बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के तुलना म॑ अधिक रासायनिक, विद्युत रासायनिक आरू तापीय स्थिरता प्रदान करै छै, जेकरा म॑ इलेक्ट्रोड के साथ कम साइड रिएक्शन आरू व्यापक संचालन तापमान सीमा होय छै । बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स केरऽ लचीलापन चार्ज आरू डिस्चार्ज के दौरान इलेक्ट्रोड म॑ आयतन परिवर्तन क॑ बफर करी सकै छै, जेकरा स॑ बैटरी संरचना स्थिर होय जाय छै । अतः तरल-आयन बैटरी के व्यावसायिकरण के बाद बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स पर आधारित लिथियम-आयन बैटरी प्रौद्योगिकी तेजी सं विकसित होयत आ सफल व्यावसायिकरण प्राप्त करत.

बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स के वर्गीकरण के लेल बहुत तरीका छै, आ मानक अलग-अलग छै. वर्तमान म॑ ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स क॑ मुख्य रूप स॑ प्रयोग करलऽ जाय वाला बहुलक के प्रकार के अनुसार अलग करलऽ जाय छै, जेना कि सबसें प्रसिद्ध पॉलीईथर-आधारित पॉलीइथिलीन ऑक्साइड (पीईओ), साथ ही साथ पॉलीमिथाइल मेथाक्राइलेट (पीएमएमए) आरू पॉलीएक्रीलोनिट्राइल (पीएन) । सामान्यतया कहल जाय त बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स कें लिथियम-आयन बैटरी मे व्यावहारिक रूप सं उपयोग करय कें लेल निम्नलिखित शर्तक कें पूरा करय कें जरूरत छै.

वर्तमान बहुलक इलेक्ट्रोलाइट प्रणाली म॑ बहुलक कमरा केरऽ तापमान प॑ महत्वपूर्ण स्फटिकीयता प्रदर्शित करै छै, जेकरा स॑ ई बात के व्याख्या होय छै कि कमरा केरऽ तापमान प॑ ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स केरऽ चालकता तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के तुलना म॑ बहुत कम कियैक होय छै । बहुलकऽ म॑ अधिकांश क्रिस्टल गोलाकार होय छै, जेकरऽ बीच अनाकार क्षेत्र होय छै । सामान्यतः ई मानलऽ जाय छै कि लिथियम-आयन चालन मुख्य रूप स॑ ई अनाकार क्षेत्रऽ म॑ होय छै ।

अतः बहुलक केरऽ चरण संरचना क॑ समझना लिथियम-आयन चालन तंत्र के अध्ययन लेली सहायक छै ।

बाइनरी बहुलक इलेक्ट्रोलाइट प्रणाली के लेलऽ, चरण संरचना म॑ मुख्य रूप स॑ दू प्रकार के होय छै: क्रिस्टलीय क्षेत्र आरू अनाकार क्षेत्र । स्फटिकीय क्षेत्र केरऽ निर्माण गतिज रूप स॑ संचालित होय छै आरू एकरऽ सीधा संबंध विशिष्ट तैयारी केरऽ स्थिति आरू समय स॑ होय छै । सख्ती स॑ कहलऽ जाय त॑ बहुलक प्रणाली म॑ स्फटिकीय क्षेत्रऽ के उपस्थिति के कारण, आरू अलग-अलग परिस्थिति के साथ ई क्षेत्रऽ के महत्वपूर्ण भिन्नता के कारण, विभिन्न प्रकार के बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स के चालकता के तुलना करना बहुत वैज्ञानिक नै छै । लेकिन कुछ परिस्थिति म॑ अगर स्फटिकीय क्षेत्रऽ के विकास धीमा होय छै आरू आयनिक चालकता म॑ विचलन स्वीकार्य सीमा के भीतर होय छै त॑ चालकता के तुलना करना स्वीकार्य छै । एहि कारणेँ हम सभ प्रायः अलग-अलग परिणामक तुलना करैत छी ।

चूँकि बहुलक म॑ स्फेरुलाइट्स केरऽ वृद्धि समय-निर्भर होय छै, बहुलक केरऽ गलनांक स॑ कम तापमान प॑ आयनिक चालकता भी समय-निर्भर होय छै । एकरऽ अलावा बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स केरऽ लिथियम-आयन चालकता ताप दर, शीतलन दर, आरू शिथिलता समय स॑ संबंधित छै । उदाहरण के लेलऽ, अधिक समय के शिथिलता के परिणामस्वरूप बहुलक क्रिस्टलीय संरचना आरू अधिक स्फटिकीयता होय छै, जेकरा स॑ शिथिलता के समय बढ़ला के साथ आयनिक चालकता म॑ धीरे-धीरे कमी आबै छै आरू न्यूनतम होय जाय छै । तहिना शीतलन दर धीमा होय के परिणामस्वरूप अधिक पूर्ण स्फटिकीकरण होय छै, आरू तदनुरूप आयनिक चालकता भी धीरे-धीरे न्यूनतम होय जैतै ।

और जानें

पीईओ आरू LiCIO4 केरऽ बाइनरी ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट क॑ उदाहरण के रूप म॑ लेलऽ जाय त॑ ई संरचना म॑ कई चरण संरचना होय छै । सबसें पहलऽ, LiClO4 आरू PEO विभिन्न परिसर बनाबै सकै छै, जेकरा म॑ PEO6-LiCIO4, PEO3-LiCIO4, PEO2-LiCIO4, आरू PEO-LiClO4 शामिल छै । एहि मे, जखन O:Li=10:1, PEO6-LiCIO4 PEO क संग एकटा यूटेक्टिक बना सकैत अछि, जकर गलनांक 50 डिग्री अछि । एकरऽ अलावा जब॑ तापमान १६० डिग्री तलक बढ़ालऽ जाय छै त॑ एगो बड़ऽ यूटेक्टिक भी बनी सकै छै । शीतलन प्रक्रिया के दौरान, पैघ यूटेक्टिक तीन अलग-अलग प्रकार के गोलाकार पैदा करत: पहिल प्रकार 120 डिग्री सं ऊपर पिघलैत अछि आ एहि में नमक के मात्रा बेसी होइत अछि ; दोसर प्रकार 45 आ 60 डिग्री के बीच पिघलैत अछि , नमक के मात्रा कम होइत अछि, आ धीरे-धीरे बनैत अछि; तेसरऽ प्रकार केरऽ गलनांक मेजबान बहुलक स॑ कुछ कम होय छै आरू अधिक तेजी स॑ बन॑ छै । शोध आ विश्लेषण सं पता चलैत अछि जे: पहिल प्रकारक स्फेरुलाइट संभवतः PEO3-LiCIO4 अछि; दोसर प्रकार PEO-LiCIO4 आ PEO3-LiCIO4 परिसरक कें मिश्रण भ सकय छै; आ तेसर प्रकार स्वयं पीईओ सं मेल खायत छै. एकरऽ अलावा लिथियम नमक के मात्रा आरू ताप उपचार प्रक्रिया दूनू संरचनात्मक परिवर्तन के कारण बनी सकै छै ।

बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स उच्च आयनिक चालकता वाला कार्यात्मक बहुलक सामग्री के एक वर्ग छै, जे बहुलक आरू धातु लवण के बीच जटिलता प्रतिक्रिया स॑ बनलऽ छै जेकरा म॑ बहुलक के मैट्रिक्स के रूप म॑ प्रयोग करलऽ जाय छै । बहुलक मैट्रिक्स के आधार पर, आम बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स म॑ पीईओ-आधारित बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स, पीवीडीई-आधारित बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स, पीएमएमए-आधारित बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स, आरू अन्य शामिल छै. अकार्बनिक ठोस-अवस्था इलेक्ट्रोलाइट्स के विपरीत, बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स हल्का, लोचदार, आरू स्थिर होय छै. अकार्बनिक ठोस-अवस्था इलेक्ट्रोलाइट्स के तरह बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स न सिर्फ लिथियम-आयन बैटरी म॑ आयन के संचालन करै छै बल्कि बैटरी विभाजक के रूप म॑ भी काम करै छै । बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स कें मुख्य रूप सं निम्नलिखित फायदा छै:

पीईओ के साथ अलग-अलग लिथियम लवण (LBF4, LIPF6, LiCFSO4, आरू LiASF6 सहित) द्वारा बनलऽ परिसर मूल रूप स॑ LiCIO4 द्वारा बनलऽ परिसरऽ स॑ मिलै छै, मतलब कि लिथियम नमक के प्रकार के पीईओ के साथ बनलऽ परिसर के प्रकार प॑ कोनो सीधा प्रभाव नै पड़ै छै । विशेष रूप सं, LiBF पीईओ कें साथ दू परिसर बना सकय छै: PEO4-LIBF आ PEO,S-LiBF. जखन O/Li अनुपात 16 आ 20 कें बीच होयत छै, तखन PEO2.5-LIBF4 पीईओ कें साथ यूटेक्टिक बना सकय छै. एलपीएफ6 पीईओ कें साथ दू परिसर सेहो बना सकय छै: पीईओ6-एलआईपीएफ6 आ पीईओ:-लिपीएफ6. पीईओ के साथ LiASF6 द्वारा बनलऽ दू परिसर LiPF6 के समान छै, लेकिन एकरऽ गलनांक अपेक्षाकृत अधिक छै । पैघ आयन लिथियम लवण पीईओ के साथ परिसर भी बना सकै छै, लेकिन गतिकी बहुत धीमा होय छै । एकरऽ अलावा, दबाव स॑ भी कुछ हद तलक क्रिस्टल केरऽ विकास प॑ असर पड़ै छै । उच्च दबाव स्फेरुलाइट केरऽ विकास क॑ बढ़ावा दै छै, अनाकार क्षेत्र क॑ कम करै छै आरू तदनुसार लिथियम-आयन चालकता म॑ कमी ​​करै छै ।