Què és un electròlit de bateria? Com funciona?

Què és un electròlit de bateria? Com funciona?

L’electròlit de la bateria de liti té un paper vital a la bateria, sovint coneguda com la “sang” de les bateries de liti, i és un dels portadors clau del transport d’ions dins de la bateria. Els electròlits de bateria de liti solen estar compostos per dissolvents, sals de liti i additius. Aquests ingredients promouen la conducció d’ions de liti entre els elèctrodes positius i negatius, realitzant així el procés de càrrega i descàrrega de la bateria.

Tipus d’electròlits de bateria de liti

Els electròlits de bateria de liti es poden dividir en electròlits líquids, electròlits sòlids i electròlits de gel segons el seu estat físic.

Electròlits líquids

Els electròlits líquids són un dels primers electròlits utilitzats en les bateries de liti, incloent electròlits líquids orgànics i electròlits líquids iònics de temperatura ambient i la tecnologia ha madurat. L’electròlit es compon principalment de sals de liti, dissolvents orgànics i additius. Les sals de liti realitzen ions de liti i els dissolvents orgànics serveixen de medi per a la migració iònica dins de la bateria. Els additius s’utilitzen per millorar l’estabilitat i la conductivitat de l’electròlit.

Electròlits sòlids

Els electròlits sòlids inclouen electròlits de polímer sòlid i electròlits sòlids inorgànics. Es componen principalment de sals de liti, matrius de polímer i additius. Els electròlits sòlids proporcionen bateries de liti amb una major densitat de seguretat i energia, però actualment s’enfronten a reptes relacionats amb la conductivitat iònica i la vida del cicle de la bateria.

Electròlit de gel

L’electròlit en gel és un electròlit entre l’electròlit líquid i el sòlid, amb característiques úniques com ara una alta conductivitat iònica i un baix risc de fuites. L’electròlit de gel inclou principalment matriu de polímer, sal de liti, dissolvent orgànic i additius. Ajustant la relació de la matriu de polímer a la sal de liti, l'electròlit es pot girar, millorant així la seguretat de la bateria i la vida del cicle.

Impacte de l'electròlit de bateries de liti sobre el rendiment de la bateria

A continuació, discutirem l’impacte de l’electròlit de bateries de liti sobre diversos aspectes del rendiment de la bateria, inclosos la capacitat, el rang de temperatura de funcionament, l’emmagatzematge i la vida del cicle i l’auto-descàrrega.

1. Impacte sobre la capacitat de la bateria

Tot i que l’electròlit no és un factor directe que afecta la capacitat de la bateria, té un paper vital en el procés de treball de les bateries de liti. El procés de desenfocament i inserció de liti dels materials d’elèctrodes està estretament relacionat amb l’electròlit. Aquesta interacció afecta l’estat de la interfície i l’estructura interna dels materials d’elèctrodes, afectant directament la capacitat de la bateria i afectant indirectament la capacitat de la bateria.

2. Impacte en el rang de temperatura de funcionament de la bateria

La temperatura afecta directament la reacció química dins de la bateria. A baixes temperatures, la velocitat de reacció química disminueix, reduint així el rendiment de la bateria. Per contra, a temperatures altes, la velocitat de reacció s’accelera i també s’accelera la velocitat de reacció lateral, cosa que pot danyar la bateria. Per tal de mitigar l’impacte de la temperatura sobre el funcionament de la bateria, és crucial ampliar l’interval de temperatures de funcionament de l’electròlit, millorar la seva conductivitat a baixes temperatures i millorar la seva estabilitat a temperatures altes.

3. Impacte en l’emmagatzematge de la bateria i la vida del cicle

L’envelliment de la bateria durant l’emmagatzematge a llarg termini és un factor clau que afecta la vida cicle de les bateries de liti. Els factors que afecten l’envelliment de la bateria inclouen la corrosió dels col·lectors de corrent d’elèctrodes, la pèrdua d’activitat electroquímica dels materials actius d’elèctrodes, etc., que estan relacionats amb les propietats de l’electròlit. Per tant, l’electròlit té una gran influència en la vida d’emmagatzematge de la bateria.

4. Impacte sobre el rendiment de la bateria pròpia de descàrrega

Els principals factors que afecten l’auto-descàrrega de les bateries de liti inclouen l’auto-descàrrega de l’elèctrode negatiu, la composició dels electròlits i la puresa, etc. L’elèctrode negatiu l’auto-descàrrega de l’elèctrode refrigera a la fugida del liti de l’elèctrode negatiu o l’entrada a l’electròlit en forma de Li+, i la seva velocitat depèn de l’estat superficial i l’activitat catalítica de l’elèctrode negatiu, que estan afectades per l’electròlia. Per tant, l’optimització de la composició d’electròlits pot reduir eficaçment la velocitat d’auto-descàrrega de la bateria.

Si l'electròlit conté impureses, provocarà una descàrrega pròpia de la bateria. El potencial d’oxidació de les impureses sol ser inferior al potencial d’elèctrodes positius de les bateries de liti, de manera que s’oxiden fàcilment a la superfície de l’elèctrode positiu. L’òxid es redueix a l’elèctrode negatiu, que consumeix contínuament el material actiu i provoca l’auto-descàrrega. Per tant, els requisits estrictes sobre la composició i la puresa de l’electròlit són essencials: l’electròlit ha de ser un bon conductor iònic i aïllant electrònic, no s’han de degradar dins del rang potencial de treball de l’elèctrode i ha de ser tèrmicament estable, amb punts de fusió i bullició molt superiors a la temperatura de treball. L’electròlit també ha d’estar inert per a components de la bateria com ara diafragmes, substrats d’elèctrodes i materials de carcassa de bateries.

En resum, l'electròlit de bateries de liti, com a component important de les bateries de liti, té un impacte vital en el rendiment de les bateries de liti. Amb el desenvolupament continu de la tecnologia de bateries de liti i la introducció contínua de nous materials d’electròlits, s’espera que el rendiment de les bateries de liti millori significativament.