固体電解質リチウムイオン電池-定義と材料

リチウムイオン電池は、ほとんどすべての最新のガジェットおよびデバイスで使用されています。それらが提供する安全性とそれらが提供する高いエネルギー密度を考慮すると、それらが電気自動車および家庭用電化製品に理想的であると考えられていることは驚くに値しません。これらのバッテリーはすぐに入手でき、最大の効率も提供します。したがって、それらに関連するいくつかの懸念にもかかわらず、それらの人気は十分に確立されています。

リチウムイオン電池には、4つの重要なコンポーネントがあります。これらには、この場合は酸化リチウムであるカソードが含まれます。リチウムはセル内の活性金属として機能します。

もう1つのコンポーネントはアノードで、これも活性金属でコーティングされています。アノードは、電流が外部回路を流れることを確認すると同時に、カソードから放出されるリチウムイオンの放出と可逆吸収を可能にします。リチウムイオンは、バッテリーの充電時にアノードに蓄えられます。

電解質は、リチウムイオンがアノードとカソードの間を移動する媒体として機能します。最後に、安全性を高めるためにアノードとカソードの間のバリアとして機能するセパレータがあります。これらの4つのコンポーネントを組み合わせることで、リチウムイオン電池によって最適な効率が提供されるようになります。

ただし、リチウム電池は発火したり、過充電すると爆発する可能性があるため、安全性に懸念があります。この問題に対処するために、現在これらのバッテリーには固体電解質が使用されており、安全性を高めることができます。

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リチウムイオン電池の電解質とは何ですか？

リチウムイオン電池の電解質の目的は、イオンが移動するための媒体を持っていることを確認することです。リチウムイオンはこの媒体の陰極と陽極の間を移動し、電子はワイヤを移動します。これは、バッテリーで電気を使用するために不可欠です。電解液にイオンが流れるだけでは安全性が損なわれ、電気が使えなくなります。

電解質は、リチウムイオンのみがアノードとカソードの間を移動することを保証する媒体です。電解質にはイオン伝導性の高い材料を使用しているため、リチウムイオンが移動しやすくなっています。

塩、溶剤、添加剤が電解質を構成します。塩はリチウムイオンの移動の通路として機能し、溶媒は塩を溶解する有機液体です。添加剤は、さまざまな目的のために少量使用されます。これらのコンポーネントで作られた電解質は、電子を通過させず、イオンの移動のみを許可します。

リチウムイオンの速度は、バッテリーに使用されている電解質の種類によって異なります。したがって、使用される電解液は、バッテリーの機能において極めて重要な役割を果たし、条件と要件を満たすことが必須です。

リチウムイオン電池の電解質は固体ですか？

通常、リチウムイオン電池には、カソードとアノードの間に液体電解質が含まれています。カソードとアノードは、細孔のある薄いプラスチック片によってさらに分離されています。バッテリーが何らかの理由で損傷した場合、リチウムイオンがプラスチックセパレーターを貫通する危険性があります。これにより、電解液が発火する可能性があります。

科学者たちは、このリスクを最小限に抑えるためにさまざまな戦術を試しました。電解液に難燃剤を添加し、柔らかく可燃性のセパレーターを使用しました。しかし、潜在的な火災のリスクを減らすのに最もうまくいったのは、固体電解質を使用することでした。

固体電解質がリチウム電池に関連する安全上の懸念を軽減することは否定できませんが、重さや脆さなど、いくつかの制限があります。柔らかい材料を使用すると、リチウムイオンが材料を貫通するリスクが持続します。一方、ポリマーまたはセラミックを使用する場合、リスクは軽減されますが、材料はまだ少し可燃性です。したがって、リチウム電池用の安全で固体の電解質を決定するには、慎重に検討する必要があります。

オプションは、難燃剤とポリマー電解質とともに多孔質の機械的サポートを使用することです。これにより、バッテリーの重量が過度に増加したり、爆発の危険がないことを確認できます。パフォーマンスはあなたが心配しなければならないものではありません。

リチウムイオン電池用の固体電解質材料は何ですか？

固体電解質は、室温でリチウムイオンの伝導を可能にします。それらは急速に人気を集めており、これらのバッテリーに使用されている有機電解質は、毒性があり可燃性であるため、すぐに置き換わる可能性が高くなります。バッテリーの安全性が大幅に向上します。

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固体電解質は、リチウム金属をアノードとして使用できることを保証します。これによりセル電圧が上昇し、バッテリーのエネルギー密度が向上します。

リチウムイオン電池には、慎重に検討した上で固体電解質を使用することが重要です。利用可能なさまざまなオプションの中で、大きな期待を示し、注目を集めているのは、硫化物ベースの固体電解質です。

リチウムイオンの導電率が高い硫化物は入手が容易ではありません。したがって、固体電解質を使用したリチウムイオン電池の製造は、材料の製造が困難であるため制限されています。

硫化物材料を簡単に製造してLit-ionセルで使用できるようにするには、これらの材料の製造について広範な研究を行う必要があります。リチウムイオン電池を取り巻く安全上の懸念に最も効果的に対処できるように、さまざまな企業が硫化物ベースの電解質材料のさまざまな組成や固体電解質の他のオプションを製造しようとしています。

最後の言葉

リチウムイオン電池の有効性は疑う余地がありません。ただし、これらのバッテリーを取り巻く安全上のリスクを軽減するために、いくつかの対策を講じる必要があります。固体ベースの電解質を使用すると、この点で非常に役立ちます。

事故のリスクを低減するためには、企業がこれらの材料の開発にもっと関心を持つ必要があります。これの研究と研究はまだ進行中です。しかし、大きな進歩があり、固体電解質を含む十分なリチウムイオン電池が従来のオプションをすぐに引き継ぐことが期待できます。この変更により、リチウムイオン電池の人気と効率がさらに高まります。