◆Réamhrá le electrolytes soladach
An leictrilít, comhpháirt fíor-riachtanach decadhnraí ian litiam, tá ról ríthábhachtach aige i dtimthriallta luchtaithe-luchtaithe an cheallraí.
Ní hamháin go bhfuil sé freagrach as iompar éifeachtach na n-ian litiam agus seoladh reatha, ach tá airíonna inslithe leictreonacha aige freisin chun sreabhadh leictreon díreach idir na leictreoidí dearfacha agus diúltacha a chosc go héifeachtach. Go fírinneach, tá an leictrilít cosúil leis an "fuil" taobh istigh de cheallraí ian litiam, rud a chinntíonn an nascacht idir na hábhair leictreoid dhearfacha agus diúltacha, rud a ráthaíonn dul chun cinn rianúil an phróisis urscaoilte iomlán.
Ba cheart go gcomhlíonfadh leictrilít idéalach le haghaidh ceallraí ian litiam na cúig riachtanas seo a leanas:
(1) High ionic conductivity (>10⁻3S/cm).
(2) Wide electrochemical window (>4.5 V vs Li+/Li).
(3) Comhoiriúnacht mhaith le leictreoidí, ag cothabháil an fhriotaíocht idirfacial is ísle is féidir.
(4) Cobhsaíocht theirmeach agus ceimiceach den scoth, rud a chuireann ar chumas na ceallraí oibriú go sábháilte thar raon teochta leathan.
(5) Costas íseal, tocsaineacht íseal, agus neamhdhíobhálach don chomhshaol.
Agus na héilimh atá ag méadú i gcónaí ar dhlús fuinnimh ceallraí agus ar dhlús cumhachta ceallraí, tá teicneolaíocht ceallraí ag forbairt go tapa, agus tá dul chun cinn iontach déanta ag ábhair leictreoid. I gcodarsnacht leis sin, tá forbairt na gcóras leictrilít chun deiridh. Faoi láthair, is féidir forbairt leictrilítí ceallraí ian litiam a rangú go ginearálta i dtrí chineál: leictrilítí neamh-tuaslagóirí uiscí, leictrilítí uiscí, agus leictrilítí stáit soladacha.
Leictrilít tuaslagóir neamh-uisciúil
Tagraíonn leictrilítí tuaslagóirí neamh-uiscí i gcadhnraí ian litiam do chórais leictrilít nach bhfuil uisce iontu, atá comhdhéanta go príomha de thuaslagóirí, tuaslagáití (salainn litiam de ghnáth), agus breiseáin. De ghnáth is tuaslagóirí orgánacha iad na tuaslagóirí neamh-seo, seachas tuaslagóirí uiscí, chun leictrealú uisce nó frithghníomhartha díobhálacha le hábhair leictreoid a sheachaint. Is iad salainn litiam na príomhiompróirí d'iompar ian litiam, feidhmíonn tuaslagóirí mar thuaslagadh, scaipeadh, agus tacaíocht do shalainn litiam, agus feidhmíonn breiseáin go príomha chun feidhmíocht leictriceimiceach nó sábháilteacht cadhnraí ian litiam a fheabhsú.
Tá leictrilítí atá ar fáil go tráchtála (ie, leictrilítí leachtacha) a úsáidtear i gcadhnraí ian litiam comhdhéanta go príomha de shalainn litiam amháin nó níos mó atá tuaslagtha i dhá thuaslagóir orgánacha nó níos mó; tá electrolytes comhdhéanta de thuaslagóir amháin an-annamh. Is é an chúis atá le tuaslagóirí iolracha a úsáid ná go bhfuil ceanglais dhifriúla, fiú contrártha, ag cadhnraí domhanda atá deacair a chomhlíonadh trí úsáid a bhaint as tuaslagóir amháin. Mar shampla, d'fhéadfadh go mbeadh sreabhach ard de dhíth leictrilítí agus tairiseach tréleictreach ard a bheith acu freisin; dá bhrí sin, is minic a úsáidtear tuaslagóirí le hairíonna fisiciceimiceacha éagsúla i dteannta a chéile, ag taispeáint tréithe éagsúla ag an am céanna. Ina theannta sin, go ginearálta ní úsáidtear salainn litiam ag an am céanna toisc go bhfuil rogha na salainn litiam teoranta, agus nach bhfuil a gcuid buntáistí soiléir go héasca.
Ba cheart go mbeadh na príomh-airíonna seo a leanas ag tuaslagóirí orgánacha idéalach: Ar an gcéad dul síos, teastaíonn tairiseach tréleictreach ard uathu chun a chinntiú go ndíscaoileadh go maith salainn litiam; sa dara háit, ba cheart go mbeadh leáphointe íseal agus fiuchphointe ard acu chun raon teocht oibriúcháin an leictrilít a leathnú; sa tríú háit, cuidíonn slaodacht íseal le himirce éifeachtach na n-ian litiam a chur chun cinn sa mheán; agus ar deireadh, ba cheart go mbeadh na tuaslagóirí seo neamhchostasach agus go mbeadh tocsaineacht íseal acu (neamh-go hidéalach). Tá comhdhúile carbónáit, mar cheann de na tuaslagóirí orgánacha is luaithe agus is forleithne a úsáidtear sa tionscal ceallraí ian litiam, i riocht ríthábhachtach i réimse na n-leictreailítí ceallraí.
Faoi láthair, cuimsíonn an cineál tuaslagóir seo go príomha dhá fhoirm struchtúracha: timthriallach agus slabhra. Tugann an tábla thíos achoimre ar pharaiméadair fhisiceacha ábhartha roinnt tuaslagóirí neamh-uiscí, leictrilítí, agus tuaslagóirí orgánacha.
| Catagóir | Cineál | Struchtúr | Leáphointe ( céim ) | Fiuchphointe ( céim ) | Brú Gail Aonair ( 25 céim ) | Dlús Coibhneasta (25 céim )/(mPa·s) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Carbónáit eitiléine (CE) | Timthriall | 36.4 | 248 | 89,780 | 1.904 (40 céim) | |
| Carbónáit próipiléine (PC) | Timthriall | -48.4 | 242 | 64,920 | 2.53 | |
| Carbónáití | Carbónáit bhúitiléin (RC) | Timthriall | -54.0 | 240 | 53,000 | 3.20 |
| Carbónáit Démheitiol (DMC) | Líneach | 4.6 | 91 | 3,107 | 0.59 | |
| Carbónáit Dé-eitile (DEC) | Líneach | -74.3 | 126 | 2,805 | 0.75 | |
| Carbónáit Meitile-eitile (EMC) | Líneach | -53.0 | 110 | 2,958 | 0.65 |
Faoi láthair, úsáidtear tuaslagóirí carbónáit ailcile go forleathan i electrolytes. Tá friotaíocht maith ocsaídiúcháin ag na tuaslagóirí seo agus léiríonn siad cobhsaíocht den scoth faoi choinníollacha ardvoltais. Tá cáil ar charbónáití timthriallacha, mar charbónáit eitiléine agus carbónáit próipiléine, as a gcuid tairisigh tréleictreach ard, rud a chiallaíonn gur féidir leo salainn litiam a thuaslagadh ar bhealach níos éifeachtaí; áfach, mar gheall ar fhórsaí idirmhóilíneacha láidre, tá slaodacht ard ag na tuaslagóirí seo, rud a mhoillíonn gluaiseacht na n-ian litiam laistigh díobh. I gcodarsnacht leis sin, tá tairisigh tréleictreach réasúnta íseal ag carbónáití slabhra, mar shampla carbónáit démheitil agus carbónáit dieitile, cé go bhfuil slaodacht níos ísle acu, rud a fhágann go bhfuil éifeachtacht díscaoilte sách bocht do shalainn litiam. Dá bhrí sin, chun córais réitigh a ullmhú le seoltacht ianach níos fearr, is minic a mheasctar cineálacha éagsúla tuaslagóirí, mar shampla teaglaim PC+DEC nó EC+DMC. Tá ról mór ag salainn litiam, mar fhoinse na n-ian litiam sa leictrilít, in iompar ian litiam le linn phróiseas luchtaithe agus urscaoilte cadhnraí litiam-. Bíonn tionchar díreach ag a bhfeidhmíocht ar go leor gnéithe de chadhnraí ian litiam, lena n-áirítear dlús fuinnimh, dlús cumhachta, raon voltais oibriúcháin, saolré rothaíochta, agus sábháilteacht. Faoi láthair, i dtaighde saotharlainne agus i gcleachtas tionsclaíoch, is gnách go roghnaítear salainn litiam le gathanna anionic mór agus cobhsaíocht ard redox. Bunaithe ar a gcomhdhéanamh ceimiceach, is féidir salainn litiam a rangú go forleathan i dhá chatagóir: salainn litiam neamhorgánacha agus salainn litiam orgánacha. Forbraíodh roinnt salainn litiam neamhorgánacha, lena n-áirítear LiPF6, LiClO4, LIBF, agus LIASF. I gcodarsnacht leis sin, déantar salainn litiam orgánacha a úsáidtear go coitianta i gcadhnraí ian litiam a fhoirmiú trí ghrúpaí a tharraingíonn leictreoin le hiainí na salainn litiam neamhorgánacha seo, mar shampla dé-ocsalato litiam (LiBOB), difluorooxalato litiam, borate ([iODFB]), difluorooxalato litiam ([iODFB]), difluorooxalato litiam ([iODFB]), difluorooxalato litiam ditrifluoromethylsulfonylimidide (LTFSI). Taispeánann an tábla thíos na hairíonna fisiciceimiceacha ábhartha atá ag roinnt salainn litiam a úsáidtear go coitianta i gcadhnraí ian litiam.
| Catagóir | Salann Litiam | Meáchan Móilíneach (g/mol) | Intuaslagtha i Carbónáití? | Intuaslagtha in Uisce? | Seoltacht Leictreach (1 mol/L, EC/DMC, 20 céim) (mS/cm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Salainn litiam neamhorgánacha | LiPF₆ | 151.91 | Tá | Tá | 10.00 |
| LiBF₄ | 93.74 | Tá | Tá | 4.50 | |
| LiClO₄ | 106.40 | Tá | Tá | 9.00 | |
| Salainn Litiam Orgánach | LiTFSI | 287.08 | Tá | Tá | 6.18 |
| LiFSI | 187.07 | Tá | Tá | 10.40 | |
| LiBOB | 193.79 | Tá | Tá | 0.65 |
Is substaintí iad breiseáin a chuirtear leis an leictrilít i dtiúchan íseal (de ghnáth gan níos mó ná 10% de réir maise) a bhfuil feidhmeanna sonracha acu agus is féidir leo tréithe leictreamaiceimiceacha na ceallraí a fheabhsú go suntasach. Bunaithe ar a bhfeidhmeanna, is féidir na breiseáin seo a rangú go ginearálta i roinnt catagóirí: scannán-déanta breiseáin, lasair-retardants, agus breiseáin chun rómhuirearú a chosc. Ina theannta sin, tá breiseáin a úsáidtear chun seoltacht a fheabhsú, feidhmíocht a bharrfheabhsú faoi choinníollacha íseal teochta, nó rianmhéideanna agus tiúchan HF sa tuaslagán leictrilít a rialú.