نظرية بطارية ليثيوم بوليمر

نظرية بطارية ليثيوم بوليمر

12-5-2023

هناك تقنيتان متاحتان تجاريًا في السوق يُشار إليهما بشكل جماعي ببوليمرات أيونات الليثيوم (حيث يمثل "البوليمر" "بوليمر عزل الإلكتروليت").

تتكون البطارية من الأجزاء التالية:

القطب الموجب: ثاني أكسيد الكوبالت الليثيوم LiCoO2 أو ثاني أكسيد المنغنيز رباعي أكسيد الليثيوم LiMn2O4

الحجاب الحاجز: بوليمر إلكتروليت موصل (مثل البولي إيثيلين جلايكول، PEO)

القطب السالب: مركب (كيميائي) مدمج من الليثيوم أو كربون الليثيوم

رد الفعل النموذجي: (التفريغ)

القطب السالب: (Carbon Lix) → C+xLi+xe

الحجاب الحاجز: موصل لي

القطب الموجب: Li1 - xCoO2+xLi+xe → LiCoO2

التفاعل الكلي: (الكربون xLi+xe)+Li1-xCoO2 → LiCoO2+الكربون

يمكن أن تكون بوليمرات الإلكتروليت/الأغشية عبارة عن بوليمرات صلبة، مثل البولي إيثيلين جلايكول (PEO)، أو سداسي فلوريد البوتاسيوم الليثيوم (LiPF6)، أو أملاح موصلة أخرى مع السيليكا أو مواد الحشو الأخرى التي تعزز الخواص الميكانيكية (مثل هذه الطرق لم يتم تسويقها بعد). بموجب متطلبات السلامة، تستخدم معظم البطاريات الليثيوم المدمج بالكربون باعتباره القطب السالب، باستثناء بعض الشركات المصنعة مثل Avestor (بعد الدمج مع Battscap) التي تستخدم الليثيوم المعدني باعتباره القطب السالب (يشار إليها باسم بطاريات بوليمر معدن الليثيوم).

تتم بلمرة كلتا البطاريتين التجاريتين باستخدام فلوريد البولي فينيلدين (PVdF) عن طريق طلاء المذيبات والأملاح الغروية مثل كربونات الإيثيلين (EC)/كربونات ثنائي ميثيل (DMC)/كربونات ثنائي إيثيل (DEC). ويكمن الاختلاف في استخدام أكسيد منغنيز الليثيوم (LiMn2O4) كقطب كهربائي موجب (تقنية Bellcore/Telcordia)؛ الطريقة التقليدية هي استخدام أكسيد الليثيوم الكوبالت (LiCoO2).

على الرغم من عدم توفرها تجاريًا على نطاق واسع بعد، إلا أن هناك أنواعًا أخرى مختلفة من بطاريات الليثيوم بوليمر التي تستخدم أيضًا البوليمرات كأقطاب كهربائية موجبة. على سبيل المثال، تعمل شركة Moltech على تطوير أقطاب كهربائية موجبة مصنوعة من مواد بلاستيكية موصلة ومركبات كبريت الكربون. ومع ذلك، اعتبارًا من عام 2005، يبدو أن هذه التكنولوجيا تعاني من مشكلات تتعلق بالإطلاق الذاتي وكانت تكاليف الإنتاج مرتفعة جدًا أيضًا.

وتشمل الطرق الأخرى استخدام المركبات العضوية المحتوية على الكبريت والبوليمرات الموصلة كأقطاب كهربائية موجبة، مثل البوليانيلين. يمكن لهذه الطريقة أن تحقق قدرة تفريغ عالية جيدة، بما في ذلك المقاومة الداخلية المنخفضة وسعة التفريغ العالية، ولكن هناك مشاكل تتعلق بأوقات الدورات غير الكافية والتكلفة العالية.