الکترولیت حالت جامد
دسته‌بندی‌ها > الکترولیت تمام حالت جامد

الکترولیت‌های تمام جامد به الکترولیت جامد معدنی (ISE)، الکترولیت پلیمر جامد (SPE) و الکترولیت پلیمری مرکب (CPE) تقسیم می‌شوند. آنها در دمای اتاق جامد هستند و حرکت یونی در حالت جامد رخ می‌دهد. مزیت اصلی آنها حذف کامل هر جزء مایع با هدف افزایش ایمنی کلی دستگاه است. محدودیت اصلی رسانایی یونی است که در مقایسه با همتای مایع بسیار کمتر است.
الکترولیت جامد معدنی (ISE)
الکترولیت جامد معدنی (ISE) نوع خاصی از الکترولیت تمام حالت جامد است که توسط یک ماده معدنی در حالت کریستالی یا شیشه ای تشکیل شده‌است که یون‌ها را با انتشار در شبکه هدایت می‌کند. مزایای اصلی این دسته از الکترولیت‌های حالت جامد، رسانایی یونی بالا (در حد چند میلی‌ثانیه سانتی‌متر مربع در دمای اتاق)، مدول بالا (از مرتبه GPa) و تعداد انتقال بالا در مقایسه با کلاس‌های دیگر SSEs است. آنها عموماً شکننده هستند و این امر باعث سازگاری و پایداری کم الکترود می‌شود. همچنین افزایش سریع مقاومت سطحی و افزایش پیچیدگی مقیاس پذیری از دانشگاهی به صنعتی، همراه است. آنها می‌توانند بر پایه اکسیدها، سولفیدها یا فسفات‌ها باشند و ساختارهای کریستالی شامل LISICON (هادی سوپریونی لیتیوم) داشته باشند (به عنوان مثال LGPS, LiSiPS, LiPS)، آرژیرودیت مانند (به عنوان مثال Li 6 PS 5 X, X = Cl, Br, I)، گارنت (LLZO), NASICON (رسانای سوپریونی سدیم) (مثلا LTP, LATP, LAGP), نیتریدهای لیتیوم (به عنوان مثال Li 3 N), هیدریدهای لیتیوم (LiBH 4)، پروسکایت‌ها (به عنوان مثال لیتیوم لانتانیم تیتانات، " LLTO "), هالیدهای لیتیوم (LYC, LYB), RbAg <sub id="mwuQ">4</sub> I <sub id="mwug">5</sub> . برخی از ISEها می‌توانند شیشه-سرامیک با فرض حالت آمورف به جای ساختار کریستالی منظم باشند. نمونه‌های معروف لیتیوم فسفر اکسی نیترید (LIPON) و تیوفسفات‌های لیتیوم (Li 2 S–P 2 S 5) هستند.
الکترولیت پلیمری جامد (SPE)
الکترولیت پلیمری جامد (SPE) به عنوان محلول نمکی بدون حلال در یک ماده میزبان پلیمری تعریف می‌شود که یون‌ها را از طریق زنجیره‌های پلیمری هدایت می‌کند. در مقایسه با ISEها، پردازش SPEها معمولاً از طریق ریخته‌گری محلول بسیار آسان‌تر است، و آنها را تا حد زیادی با فرآیندهای تولید در مقیاس بزرگ سازگار می‌کند. علاوه بر این، آنها دارای خاصیت ارتجاعی و انعطاف‌پذیری بالاتری هستند که باعث ثبات در سطح مشترک، انعطاف‌پذیری و مقاومت بهبود یافته در برابر تغییرات حجم در طول عملیات می‌شود. انحلال خوب نمک‌های Li، دمای انتقال شیشه پایین (Tg)، سازگاری الکتروشیمیایی با اکثر مواد الکترود رایج، درجه کم بلورینگی، پایداری مکانیکی، حساسیت به دمای پایین، همگی از ویژگی‌های نامزد ایده‌آل SPE هستند. به‌طور کلی رسانایی یونی کمتر از ISEها است و سرعت انتقال الکتریسیته آنها محدود است، درنتیجه شارژ سریع را محدود می‌کند. SPE مبتنی بر PEO اولین پلیمر حالت جامد است که در آن رسانایی یونی از طریق جهش یونی از طریق بین مولکولی و درون و به لطف حرکت سگمنتال زنجیره‌های پلیمری به دلیل قابلیت کمپلکس یونی زیاد گروه‌های اتر انجام می‌شود. اما این پلیمرها از رسانایی یونی در دمای اتاق پایین (10-5 S cm -1) به دلیل درجه بالای بلورینگی رنج می‌برند. جایگزین‌های اصلی برای SPEهای مبتنی بر پلی اتر، پلی کربنات‌ها، پلی استرها، پلی نیتریل‌ها (برای مثال PAN), پلی الکل‌ها (برای مثال PVA), پلی آمین‌ها (برای مثال PEI), پلی سیلوکسان (برای مثال PDMS) و فلوروپلیمرها (برای مثال PVDF, PVDF-HFP). پلیمرهای زیستی مانند لیگنین، کیتوزان و سلولز نیز به عنوان SPEهای مستقل یا ترکیب شده با پلیمرهای دیگر، از یک طرف به دلیل سازگاری با محیط زیست و از طرف دیگر به دلیل قابلیت کمپلکس شدن بالا، مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند. روی نمک‌ها علاوه بر این، استراتژی‌های مختلفی برای افزایش رسانایی یونی SPEs و نسبت آمورف به کریستالی در نظر گرفته می‌شوند.
با معرفی ذرات به عنوان فیلتر در داخل محلول پلیمری، یک الکترولیت پلیمری مرکب (CPE) به دست می‌آید. ذرات می‌توانند نسبت به رسانایی Li + بی‌اثر باشند (Al2O3، TiO2 ، SiO2، MgO، زئولیت، مونتموریلونیت، ...) تنها با هدف کاهش کریستالینیته یا فعالسازی (LLTO, LLZO, LATP...) استفاده می‌شوند. اگر ذرات ISE پراکنده باشند بسته به نسبت پلیمر به معدنی و سرامیک در پلیمر و پلیمر در سرامیک نامگذاری و استفاده می‌شود. کوپلیمریزاسیون، اتصال عرضی، نفوذ متقابل، و اختلاط نیز ممکن است برای هماهنگی پلیمر/پلیمر برای تنظیم خواص SPEها و دستیابی به عملکرد بهتر استفاده شوند. معرفی گروه‌های قطبی مانند اترها در زنجیره‌های پلیمری وکربونیل‌ها یا نیتریل‌ها انحلال نمک‌های لیتیوم را به شدت بهبود می‌بخشند.