Lithium-Ionen-Batterietrennmembran - Definition, Funktion und Entwicklung

Einführung

Lithium-Ionen-Batterien sind zur Hauptwahl für tragbare elektronische Geräte geworden. Sie sind in den Bereichen Militär, Elektrofahrzeuge und Luft- und Raumfahrt populär geworden. Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich durch unterschiedliche Separatormembranen aus. Diese Membranen hängen von der Art des verwendeten Elektrolyten ab. Diese Batterien haben eine hohe Energiedichte und eine hohe spezifische Leistung. Diese Vorteile können bei anderen elektrochemischen energiespeichern nicht genutzt werden. Das Funktionieren des akkus beinhaltet das Laden und Entladen.

Die drei Hauptkomponenten der Batterie sind Anode, Kathode und Elektrolyt. Der Elektrolyt fungiert als elektronischer Abscheider. Es kann ein Lösungsmittel, ein Salz, ein Separator oder eine festionenleitende Membran sein. Wenn ein flüssiger Elektrolyt verwendet wird, ist eine Membran erforderlich, um zwei Elektroden zu trennen. Die Membran sollte porös sein, damit der Elektrolyt durch sie fließen kann. Polymergelelektrolyt ist ein üblicher Membrantyp, der in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird. Diese Membran verhindert, dass positive und negative Elektroden miteinander in Kontakt kommen, und sorgt auch für einen schnellen Ionentransport, um den Stromkreis zu vervollständigen.

Was ist die Lithium-Ionen-Batterie-Separatormembran?

Es ist eine durchlässige Membran, die zwischen der Anode und der Kathode der Batterie angeordnet ist. Diese Membranen sind in flüssigkeitshaltigen elektrochemischen Batterien von entscheidender Bedeutung. Ein Separator besteht aus Polymermembranen. Es bildet eine mikroporöse Schicht und ist bezüglich des Elektrolyten chemisch stabil. Diese Membran sollte mechanisch stark genug sein, um einer hohen Spannung während des Batteriebaus standzuhalten. Diese Membranen haben besondere Eigenschaften, die sich direkt auf die Leistung und Arbeitseffizienz der Batterie auswirken. Sie können die Energiedichten, Leistungsdichten, die Lebensdauer und die Sicherheit der Batterie beeinflussen.

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Das zur Herstellung von Membranen verwendete Material können Vliesfasern, Polymerfilme oder jede natürlich vorkommende Substanz sein. Flüssige Membranen bestehen aus einer festen und einer flüssigen Phase in einem mikroporösen Separator. Feste Ionenleiter spielen sowohl die Rolle des Separators als auch eines Elektrolyten. Diese Separatoren können einzelne oder mehrere Blätter des Materials sein. Diese Membranen werden aus organischen und anorganischen Materialien hergestellt. Sie werden auch durch trockene Prozesse hergestellt, die die Leistungsdichte der Batterie erhöhen. Einige der in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Membranen sind nachstehend aufgeführt:

Feste Polymermembranen

Der Polymerelektrolyt ist fest und trocken und enthält keine organische Flüssigkeit. Polyethylenoxid wird weitgehend verwendet. Es wird durch Auflösen eines Lithiumsalzes in Polyethylenoxid unter Bildung eines Leiters gebildet.

Mikroporöse Separatoren

Diese Membran wird in Flüssigelektrolytbatterien verwendet. Die Membran verhindert den Kontakt von Kathode und Anode und ermöglicht einen freien Ionentransport. Das Vorhandensein des Separators kann die effektive Leitfähigkeit des Elektrolyten verringern und den Wert der Zellimpedanz erhöhen. Dünnere Separatoren werden verwendet, um die Ionenleitfähigkeit zu erhöhen.

Vliesfolien

Es wird aus Fasern im Textil verarbeitet. Es erhöht die Absorption des Elektrolyten und verringert den Ionenwiderstand. Es erhöht die Effizienz beim Laden und Entladen des akkus. Sie haben ein geringes Gewicht und sind porös. Diese Eigenschaften machen sie ideal für die Verwendung als Separatoren.

Was ist die Funktion des Lithium-Ionen-Batterieseparators?

Die Separatormembran wird mit Elektrolyt angefeuchtet und bildet einen Katalysator, der die Bewegung von Ionen von der Kathode zur Anode beim Laden und bei Entladung in umgekehrter Richtung beschleunigt. Der Abscheider wirkt als Isolator mit schlechter elektrischer Leitfähigkeit. Eine sehr kleine Strommenge fließt durch diesen Abscheider, der als selbstentladend bezeichnet wird. Der Separator ist eine Barriere zwischen Anode und Kathode und ermöglicht den Austausch von Lithiumionen. Der Elektrolyt kann in den porösen Abscheider aufgenommen werden, um eine chemische Reaktion zu erreichen. Die Anordnung des Separators und der Elektroden bietet der Batterie eine mechanische Unterstützung. Sie verleihen der Batterie chemische Stabilität.

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Wenn die Batterie übermäßig heiß wird, werden die Poren des Separators geschlossen und der Ionentransport gestoppt. Dies verhindert, dass die Zelle brennt. Es fungiert als interne Sicherung für die Batterie. Keramikbeschichtete Materialien werden als Separatoren verwendet, da sie nicht schmelzen und dies der Batterie zusätzliche Sicherheit gibt. In einem mehrschichtigen Separator haben die Schichten unterschiedliche Phasenübergangstemperaturen. Die Komponente mit niedrigem Schmelzpunkt schmilzt und füllt die Poren der anderen Komponente, wodurch der Ionenfluss gestoppt wird. Es reduziert den Strom, wenn die Temperatur der Zelle steigt. Separatoren weisen auch einen hydrophilen Charakter mit außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften auf.

Was ist die jüngste Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie-Separatormembran?

Wissenschaft und Technologie spielen in der heutigen Zeit eine zentrale Rolle. Neue Technologie soll die Kapazität der Lithium-Ionen-Batterien verbessern. Anoden und Kathoden mit hoher Kapazität werden entwickelt. Die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Separatoren gewährleistet die zusätzliche Sicherheit der Batterie. In Bezug auf die in Batterien verwendeten Membrantrenner sind zahlreiche Herausforderungen zu bewältigen. Die Modifikation der Separatoren hat in den letzten Jahren zugenommen, da die Oberfläche des Polymers die Effizienz und die Sicherheit der Batterie stark beeinflusst.

Wenn Füllstoffe hinzugefügt werden, steigt die Leistung der Batterie aufgrund der Ionenleitfähigkeit. Zu diesem Zweck werden Inertoxidkeramiken, Kohlenstoffmaterialien und Lithiumfüllstoffe verwendet. Die neuen Mischungen auf Basis natürlicher und leitfähiger Polymere innerhalb des Membrantrenners werden ebenfalls verwendet. Die zukünftige Forderung besteht darin, ein Polymer mit einer Porosität von mehr als 50% zu erhalten. Die Verwendung ionischer Flüssigkeiten als Elektrolyt wird ebenfalls in Betracht gezogen. Die Aussichten konzentrieren sich auf die Verbesserung der Qualität der Polymermatrix und der Füllstoffe, um mechanische Stabilität zu erzielen und die Zyklenleistung der Batterie zu verbessern. Ein Verbundabscheider mit Methylcellulose als Gelpolymerelektrolyt wird entwickelt. Es ermöglicht umweltfreundliche Abscheider, die hervorragende mechanische und thermische Prozesse ausführen. Zeolithe und Ton werden ebenfalls in Betracht gezogen, um als Füllstoffe verwendet zu werden. Die Batterietrenner in den Lithium-Ionen-Batterien beeinflussen alle Eigenschaften, die mit hoher Leistung und effizienter Zyklusleistung der Batterie zusammenhängen.