سایناکو | تولید کننده و وارد کننده باتری و یوپیاس
S-2011 : هر آنچه که باید درباره الکترولیت باتری بدانید
How does electrolyte work
در این مقاله می‌خواهیم در مورد الکترولیت باتری صحبت کنیم. درباره کاتالیزوری که الکترودهای باتری را در هم می‌پیچد و جریان برق را ایجاد می‌کند. با سایناکو همراه باشید.
الکترولیت باتری چیست؟
الکترولیت با ایجاد حرکت یون‌ها از کاتد به آند در حالت شارژ و برعکس در هنگام تخلیه، به عنوان کاتالیزور برای ایجاد رسانایی باتری عمل می‌کند. یون‌ها اتم‌های بار الکتریکی هستند که الکترون از دست داده یا به دست آورده‌اند. الکترولیت باتری از نمکهای محلول، اسیدها یا بازهای دیگر در قالب‌های مایع ، ژل‌دار و خشک تشکیل شده است. الکترولیت همچنین در باتری حالت جامد ، سرامیک جامد و نمکهای ذوب شده مانند باتری سولفور سدیم در یک پلیمر وجود دارد.
الکترولیت در باتری‌های مختلف
در ادامه الکترولیت باتری‌های مختلف را بررسی خواهیم کرد.
لید اسید
الکترولیت باتری لید اسید (سربی اسیدی) از اسید سولفوریک استفاده می‌کند. هنگام شارژ، با تشکیل اکسید سرب (PbO2) بر روی صفحه مثبت، اسید متراکم می‌شود. پس از دشارژ (تخلیه) کامل، تقریباً به آب تبدیل می‌شود. وزن مخصوص اسید سولفوریک با هیدومتر اندازه گیری می‌شود.
پیشنهاد: باتری لید اسید چیست را مطالعه کنید.
اسید سولفوریک بدون رنگ با رنگ زرد و سبز کمی محلول در آب است و بسیار خورنده است. تغییر رنگ مایل به قهوهای ممکن است در اثر زنگ زدگی ناشی از خوردگی آندی یا ورود آب به بسته باتری ایجاد شود.
باتری‌های سربی اسیدی دارای وزن مخصوص متفاوت (SG) هستند. باتری‌های دیپ سایکل از الکترولیت متراکم با SG تا 1.330 برای دستیابی به انرژی خاص بالا استفاده می‌کنند. باتری‌های استارتر دارای میانگین SG حدود 1.265 هستند و باتری‌های ثابت با SG کم تقریباً 1.225 تا خوردگی متوسط دارند و باعث افزایش طول عمر می‌شوند.
اسید سولفوریک طیف گسترده‌ای از کاربردها را در اختیار شما قرار می‌دهد و در پاک کننده‌های تخلیه و مواد تمیز کننده مختلف نیز یافت می‌شود. این محصول همچنین در فرآوری مواد معدنی، تولید کود، تصفیه روغن، فرآوری فاضلاب و سنتز شیمیایی استفاده می‌شود.
اخطار: اسید سولفوریک می‌تواند در تماس پوست آسیب جدی ببیند و در صورت پاشیده شدن به چشم منجر به کوری دائمی شود. بلعیدن اسید سولفوریک صدمات جبران ناپذیری ایجاد می‌کند.
نیکل کادمیوم (NiCd)
الکترولیت موجود در نیکل کادمیوم (NiCd) یک الکترولیت قلیایی (هیدروکسید پتاسیم) است. اکثر باتری‌های NiCd استوانه‌ای هستند که در آن‌ها چندین لایه از مواد مثبت و منفی به صورت ژله‌ای در می‌آیند. نسخه غرقابی NiCd به عنوان باتری حمل و نقل، در هواپیماهای تجاری و در سیستم‌های UPS که در آب و هوای سرد و گرم نیاز به چرخه مکرر دارند استفاده می‌شود.
NiCd گرانتر از اسید سرب است اما ماندگاری بیشتری دارد.
نیکل-فلز-هیدرید (NiMH)
نیکل فز هیدرید (NiMH) از الکترولیت مشابه با NiCd استفاده می‌کند که معمولاً هیدروکسید پتاسیم است. الکترودهای NiMH منحصر به فرد بوده و از نیکل، کبالت، منگنز، آلومینیوم و فلزات خاکی کمیاب تشکیل شده است که در یون‌های لیتیوم نیز استفاده می‌شود. NiMH فقط در نسخه‌های مهر و موم شده در دسترس است.
هیدروکسید پتاسیم یک ترکیب غیر طبیعی با فرمول KOH است که معمولاً پتاس سوزآور نامیده می‌شود. الکترولیت بی‌رنگ است و کاربردهای صنعتی بسیاری دارد.مانند ماده تشکیل دهنده اکثر صابون‌های نرم و مایع. KOH اگر هضم نشود مضر است.
لیتیوم یون (Li-ion)
لیتیوم یون (Li-ion) از الکترولیت مایع، ژل یا پلیمر خشک استفاده می‌کند. نسخه مایع یک نوع ماده شیمیایی قابل اشتعال است و نه آبی، محلول نمکهای لیتیوم با حلال‌های آلی مشابه کربنات اتیلن است. مخلوط کردن محلول‌ها با کربنات‌های متنوع رسانایی بالاتری را ایجاد می‌کند و دامنه دما را گسترش می‌دهد. نمکهای دیگری ممکن است برای کاهش گازگرفتگی و بهبود چرخه باتری در دمای بالا اضافه شود.
یون لیتیوم با الکترولیت‌های ژله‌ای مواد افزودنی زیادی را برای افزایش رسانایی دریافت می‌کند. باتری لیتیوم-پلیمر نیز همین کار را می‌کند. پلیمر خشک واقعی فقط در دمای بالا رسانا می‌شود و این باتری دیگر در استفاده تجاری نیست. مواد افزودنی نیز برای رسیدن به طول عمر و ویژگی‌های منحصر به فرد استفاده می‌شود. دستور العمل طبقه‌بندی شده است و هر تولید کننده فرمول خاص خود را دارد.
الکترولیت باید پایدار باشد، اما در مورد یون لیتیوم اینگونه نیست. یک لایه روی آند تشکیل می‌شود که رابط الکترولیت جامد (SEI) نامیده می‌شود. این لایه آند را از کاتد جدا می‌کند، اما به یون‌ها اجازه می‌دهد تا مانند یک جدا کننده از آن عبور کنند. در اصل، لایه SEI باید تشکیل شود تا باتری بتواند کار کند. این فیلم سیستم را تثبیت کرده و به Li-ion عمر طولانی می‌دهد. اما این امر باعث کاهش ظرفیت می‌شود. اکسیداسیون الکترولیت در کاتد نیز اتفاق می‌افتد که ظرفیت را برای همیشه کاهش می‌دهد.
یک افزودنی شناخته شده کربنات وینیلن (VC) است. این ماده شیمیایی باعث بهبود عمر چرخه یون لیتیوم، به ویژه در دماهای بالاتر می‌شود و با استفاده از افزایش سن مقاومت داخلی را پایین نگه می‌دارد.
VC همچنین یک لایه SEI پایدار بر روی آند بدون هیچ عارضه جانبی نامطلوبی از اکسیداسیون الکترولیت روی کاتد حفظ می‌کند.
برای بیشتر لیتیوم یون‌های تجاری، لایه SEI در دمای سلول 75-90 درجه سانتی گراد (167-194 درجه فارنهایت) تجزیه می‌شود. نوع سلول و حالت شارژ (SoC) بر تجزیه در دمای بالا تأثیر می‌گذارد. ممکن است یک رفتار خود گرم شونده وجود داشته باشد که اگر به طور مناسب خنک نشود ، منجر به فرار گرمایی می‌شود. آزمایشات آزمایشگاهی انجام شده بر روی 18650 سلول نشان داده است که ایجاد چنین رویداد حرارتی می‌تواند دو روز طول بکشد.
اشتعال پذیری الکترولیت لیتیوم یون یکی دیگر از نگرانی‌ها است و آزمایش‌هایی برای تولید الکترولیت‌های قابل اشتعال غیر قابل اشتعال یا کاهش یافته توسط مواد افزودنی یا تولید مایعات یونی غیرارگانیک انجام می‌شود. همچنین تحقیقاتی برای کارکرد لیتیوم یون در دماهای پایین انجام شده است. در زمان نوشتن این مقاله، هیچ یک از این الکترولیت‌ها کاربرد تجاری گسترده‌ای ندارند.
خشک شدن یا تبدیل آهسته الکترولیت مایع به فرم جامد یکی دیگر از رویدادهای کاهش عمر است که باعث کاهش عملکرد یون لیتیوم می‌شود.
وقتی مایع از بین می‌رود ، باتری‌ها از بین می‌روند.
جف دان، متخصص باتری‌های لیتیوم یون و استاد فیزیک
میزان مایعی الکترولیت یکی دیگر از شاخص های سلامتی است که مربوط به تمام شیمی باتری است.
نتیجه گیری
در این مقاله سعی کردیم الکترولیت باتری مختلف را برای شما توضیح دهیم. امیدوارم این مقاله برای شما مفید باشد. لطفا با امتیازدهی و دیدگاه‌های خود ما را یاری کنید.
