Welche Arten von Batterieelektrolyten gibt es?

Ein Batterieelektrolyt ist das Medium, das den Ionenfluss zwischen Kathode und Anode innerhalb der Batterie zur Energieerzeugung ermöglicht. Während der Entladezyklen zur Energiegewinnung und Wiederaufladezyklen finden hier elektrochemische Reaktionen statt. Abhängig von den spezifischen Anforderungen einer bestimmten Anwendung werden verschiedene Arten von Batterieelektrolyten verwendet.

Wässrige Elektrolyte – diese Elektrolyte kommen häufig in Blei-Säure-Batterien und einigen Arten von Durchflussbatterien vor. Hierbei handelt es sich um eine wasserbasierte Schwefelsäurelösung.

Organische Elektrolyte – diese bestehen aus Lithiumsalzen, organischen Lösungsmitteln und Zusatzstoffen. Sie werden in Lithium-Ionen-Batterien verwendet

Festelektrolyte – diese werden häufig in Festkörperbatterien verwendet, da sie die Batterieleistung und -sicherheit verbessern. Es handelt sich um feste Materialien, die Ionen leiten. Sie sind in modernen und fortschrittlichen Batterietechnologien weit verbreitet.

Polymerelektrolyte – diese Elektrolyte leiten Ionen mithilfe eines Polymers und werden üblicherweise in Lithium-Polymer- oder Lithium-Ionen-Batterien verwendet.

Gelelektrolyte – das sind gelartige oder halbfeste Elektrolyte, die in einigen Batterietypen vorkommen und für mehr Flexibilität und Sicherheit sorgen.

In Bezug auf Leistung, Sicherheit und Anwendungen hat jeder Elektrolyttyp seine Vor- und Nachteile. Verschiedene Batterietypen verwenden unterschiedliche Elektrolyttypen. Beispielsweise verwenden Blei-Säure-Batterien Elektrolyte auf Wasserbasis, während Lithium-Ionen-Batterien organische Elektrolyte verwenden. Einige Anwendungen und Geräte verwenden Gelelektrolyte, da sie flexibel sind und für tragbare Geräte in verschiedene Formen gebracht werden können.

Polymerelektrolyt

Polymerelektrolyte sind ein Elektrolyttyp, der häufig in Lithium-Polymer- und Lithium-Ionen-Batterien vorkommt.

3,2 V 20 A Niedertemperatur-LiFePO4-Batteriezelle -40 ℃ 3 C Entladekapazität ≥ 70 % Ladetemperatur: -20 ~ 45 ℃ Entladetemperatur : -40 ~ + 55 ℃ Akupunkturtest bestehen -40 ℃ maximale Entladerate: 3 C

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Sie nutzen eine Polymermatrix zur Leitung der für den Betrieb der Batterie erforderlichen Ionen. Diese Polymere sind mit Lithiumsalzen dotiert, die die Bewegung von Ionen erleichtern. Sie bestehen aus Materialien wie Polyacrylnitril (PAN) oder Polyethylenoxid (PEO).

Vorteile von Polymerelektrolyten

Flexibilität – Flexibilität wird durch die Polymermatrix gewährleistet, wodurch sie für dünne und flexible Batteriedesigns geeignet sind, wie sie in tragbaren Geräten zu finden sind. Sie können für verschiedene Geräte in verschiedenen Formen gestaltet werden.

Verbesserte Sicherheit – im Allgemeinen sind Polymerelektrolyte im Gegensatz zu flüssigen Elektrolyten stabiler und weniger anfällig für Leckagen. Sicherheitsbedenken sind bei diesen Elektrolyten geringer, da das Risiko eines thermischen Durchgehens minimal ist.

Kompatibilität mit Lithium-Metallanoden – Die Verwendung von Lithium-Metallanoden ist wahrscheinlich, wie einige Polymerelektrolyte zeigen, die die Energiedichte der Batterie erhöhen können.

Einschränkungen von Polymerelektrolyten

Ionenleitfähigkeit – historisch gesehen hatten einige Polymerelektrolyte im Gegensatz zu flüssigen Elektrolyten eine geringere Ionenleitfähigkeit. Obwohl Verbesserungen vorgenommen wurden, wirkt sich dieser Faktor auf die Leistung des akkus aus.

Schnittstellenkompatibilität – Die Bestätigung der Stabilität und des guten Kontakts an der Schnittstelle zwischen Elektrode und Elektrolyt kann einige Schwierigkeiten bereiten, die sich wiederum auf die Leistung und Lebensdauer der Batterie auswirken.

Forschung und Fortschritte bei Polymerelektrolyten werden fortgesetzt, um diese Einschränkungen zu beseitigen. Ziel ist es, die Gesamtleistung und Ionenleitfähigkeit zu verbessern und gleichzeitig Flexibilität und Sicherheit für verschiedene Anwendungen zu gewährleisten.

Hohe Energiedichte bei niedriger Temperatur Robuster Laptop-Polymer-Akku Batteriespezifikation: 11,1 V 7800 mAh -40℃ 0,2C Entladekapazität ≥80% Staubdicht, sturzsicher, korrosionsbeständig, elektromagnetische Interferenz

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Aluminiumsulfat-Elektrolyt

Aluminiumsulfat, auch Alaun genannt, kommt in modernen Batterietechnologien wie Lithium-Ionen-Batterien nicht häufig als Elektrolyt vor. Es wurde jedoch in pädagogischen oder experimentellen Kontexten eingesetzt, insbesondere in der Anfangsphase der Batterieentwicklung und in einfachen selbstgebauten Batterien.

Aluminiumsulfat führt bei Verwendung als Elektrolyt eine Redoxreaktion durch. Während es als Ionenleiter dient, ermöglicht es den Ladungsfluss zwischen Kathode und Anode und erzeugt durch die Erleichterung der Elektronenbewegung einen elektrischen Strom.

Aluminiumsulfat kann zusammen mit Elektroden aus Zink und Kupfer in einfachen selbstgebauten Batterien verwendet werden. Im Gegensatz zu handelsüblichen Batterien mit höherer Energiedichte weisen selbstgebaute Batterien eine geringere Energiedichte und einen geringeren Wirkungsgrad auf. Sie werden häufig für Bildungszwecke verwendet.

Aluminiumsulfat wird als Gerinnungsmittel bei der Wasserreinigung und einigen chemischen Prozessen eingesetzt, ist jedoch keine vorherrschende oder standardmäßige Wahl für moderne kommerzielle Batterieelektrolyte. Andere Elektrolytmaterialien wie Polymerelektrolyte, organische Elektrolyte, wässrige Lösungen oder Festkörperelektrolyte werden in modernen Batterien häufig verwendet. Diese bieten in der Regel spezifische Vorteile hinsichtlich Sicherheit, Leistung und Stabilität.

Kaliumhydroxid-Elektrolyt

Kaliumhydroxid (KOH) ist eine Art Elektrolyt, der in einigen Batterietypen verwendet wird, darunter einige Alkalibatterien und insbesondere Nickel-Metallhydrid (NiMH). Es wird auch in bestimmten Arten von Brennstoffzellen verwendet.

Der Elektrolyt in NiMH-Batterien fungiert als Ionenleiter und ermöglicht den Stromfluss, indem er die Bewegung von Ionen von der positiven zur negativen Elektrode ermöglicht. Der Elektrolyt ist typischerweise eine Kaliumhydroxidlösung. Diese Batteriechemie besteht aus einer negativen Elektrode aus einer wasserstoffabsorbierenden Legierung, einer positiven Elektrode aus Nickelhydroxid und einer Kaliumhydroxid-Elektrolytlösung.

Eigenschaften und Überlegungen von Kaliumhydroxid-Elektrolyten;

Leitfähigkeit – Die durch Kaliumhydroxid erleichterte Ionenleitfähigkeit ist gut. Dieser Faktor ist entscheidend für die Effizienz im Batteriebetrieb mit guter Bewegung von Hydroxidionen (OH-).

Alkalische Umgebung – Kaliumhydroxid unterscheidet sich von sauren Elektrolyten, da sie eine alkalische Umgebung in der Batterie erzeugen. Diese alkalische Natur bietet verschiedene Vorteile hinsichtlich einer längeren Batterielebensdauer und einer geringeren Korrosion in bestimmten Anwendungen.

Auswirkungen auf die Umwelt – Kaliumhydroxid enthält keine giftigen Stoffe und ist daher im Gegensatz zu einigen anderen Arten von Elektrolyten, die schädliche Bestandteile enthalten, weniger schädlich für die Umwelt.

Herausforderungen von Kaliumhydroxid-Elektrolyten

Begrenzte Anwendung – diese Elektrolyte kommen hauptsächlich in NiMH-Batterien und einigen Arten von Alkalibatterien vor. Abhängig von den spezifischen Bedürfnissen und Anforderungen bestimmter Batteriechemien kann die Verwendung dieser Elektrolyte eingeschränkt sein.

Sicherheitsbedenken – Kaliumhydroxid ist eine ätzende Substanz, obwohl sie weniger schädlich ist als einige Materialien. Es erfordert eine ordnungsgemäße Handhabung, um Augen- und Hautreizungen zu vermeiden. Bei Kontakt mit Kaliumhydroxid-Elektrolyten sollte man die richtige Kleidung tragen.

Kaliumhydroxid-Elektrolyte spielen eine wichtige Rolle beim Betrieb von NiMH-Batterien, indem sie die Bewegung von Ionen erleichtern und so eine gute Leistung und Effizienz dieser wiederaufladbaren Batterien ermöglichen.

Abschluss

Batterieelektrolyte ermöglichen den Ionenfluss zwischen den positiven und negativen Elektroden in einer Batterie. Der elektrochemische Prozess wiederum erzeugt Energie in verschiedenen Anwendungen. Die verschiedenen Arten von Batterieelektrolyten hängen von den Anforderungen für verschiedene Anwendungen ab. Forschung und Innovationen werden fortgesetzt, da Verbesserungen an der Struktur der Elektrolyte vorgenommen werden. Bei neuen Batterietechnologien kommen Festkörperelektrolyte zum Einsatz, die als sicherer und stabiler gelten.