Welche Arten von Batterieelektrolyten gibt es?

Jede Batterie hat eine Anode und eine Kathode zum Halten von Ladungen, aber ohne einen Elektrolyten können diese beiden den Elektronenfluss von einer zur anderen nicht erleichtern. Daher spielt der Elektrolyt aufgrund der chemischen Reaktion eine entscheidende Rolle für die Funktion einer Batterie. Da sich die Batterietechnologien weiterentwickeln, wurden zahlreiche innovative Änderungen vorgenommen, einschließlich der Weiterentwicklung der Elektrolyttechnologie.

Heutzutage gibt es mehrere Arten von Elektrolyten mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungen. Daher erhalten Benutzer unterschiedliche Vorteile für die Verwendung des richtigen Elektrolyttyps. In diesem Artikel werden wir verschiedene Arten von Batterieelektrolyten entdecken.

Traditionelle Batterieelektrolytklassifizierung

Aus traditioneller Sicht wurden Elektrolyte je nach ihrer physikalischen Form in zwei Hauptkategorien eingeteilt. Dabei handelt es sich um wässrige und nichtwässrige Elektrolyte mit einzigartigen Vorteilen und Anwendungen. Hier finden Sie einen Überblick über diese beiden Elektrolytklassen.

Wässrige Elektrolyte

Wässrige Lösungen mit gelösten Ionen von Säuren, Basen oder Salzen bilden wässrige Elektrolyte. Die typischsten Beispiele sind Kaliumhydroxid in Nickel-Cadmium-Batterien und Schwefelsäure in Blei-Säure-Batterien. Eine der größten Anwendungen dieser Batterien sind Starterbatterien für Kraftfahrzeuge, da sie hohe Stoßströme liefern, die das Starten eines Motors unterstützen.

Andere Anwendungen umfassen tragbare elektronische Geräte, und diese Batterien eignen sich auch für Notstromsysteme, um über längere Zeiträume unterbrechungsfreien Strom bereitzustellen. Wässrige Elektrolyte sind im Vergleich zu anderen kostengünstig; Diese sind sicherer und haben aufgrund der geringeren Toxizität weniger Auswirkungen auf die Umwelt.

Nichtwässrige Elektrolyte

Lithiumsalze werden häufig in organischen Lösungsmitteln wie Ethylencarbonat oder Dimethylcarbonat gelöst, um nichtwässrige Elektrolyte herzustellen. Bei diesen Elektrolyten handelt es sich um solche, die häufig in Lithium-Ionen- oder lithium-polymer-batterien vorhanden sind. Diese Elektrolyte sorgen für eine hohe Energiedichte und eine lange Lebensdauer. Darüber hinaus können diese eine gute Leistung in einem größeren Temperaturbereich aufrechterhalten.

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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Aufgrund dieser Vorteile werden diese Elektrolyte häufig mit der Lithiumbatterietechnologie in Smartphones, Laptops und anderen Gerätebatterien verwendet. Ihre hohe Energiedichte und lange Lebensdauer machen sie zu einer guten Wahl für Batterien für Elektrofahrzeuge. Die hohe Energiedichte macht die nichtwässrigen Elektrolyte zu einer hervorragenden Wahl für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich. Diese Anwendungen erfordern kritische Temperaturbereiche und Energiedichteanforderungen.

Klassifizierung von Festelektrolyten

Eine der drei Arten von Elektrolyten sind Festelektrolyte. Es handelt sich um einen relativ neuen Typ, der aufgrund seiner Stabilität, Zuverlässigkeit und Sicherheitsmerkmale im Vergleich zu anderen Elektrolyttypen schnell an Popularität gewinnt. Beim Festelektrolyttyp gibt es drei weitere Klassifizierungen, darunter organische, anorganische und zusammengesetzte Festelektrolyte.

Organische feste Elektrolyte

Organische Polymere mit ionenleitenden Eigenschaften werden üblicherweise zur Herstellung organischer Festelektrolyte verwendet. Beispiele hierfür sind Polyethylenoxid (PEO) und seine Derivate. Die Flexibilität dieser Elektrolyte macht sie zu einer guten Wahl für tragbare Elektronik.

Ebenso können für medizinische geräte, die eine zuverlässige Stromversorgung benötigen, Batterien aus organischen Festelektrolyten verwendet werden. Eine weitere Anwendung betrifft tragbare elektronische Geräte, da diese Elektrolyte Sicherheit bieten.

Anorganische Festelektrolyte

Anorganische Festelektrolyte bestehen häufig aus Keramik- oder Glasmaterialien, beispielsweise Strukturen auf Granatbasis oder Lithium-Phosphor-Oxinitrid (LiPON). Anorganische Festelektrolyte werden aufgrund ihrer thermischen Stabilität, Langlebigkeit, Kapazität, Zuverlässigkeit und zusätzlichen Sicherheit in Netzenergiespeichern, Elektrofahrzeugen und Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt.

Zusammengesetzte feste Elektrolyte

Zusammengesetzte Festelektrolyte mischen organische und anorganische Komponenten, um die Vorteile beider zu vereinen. Zusammengesetzte Festelektrolyte werden in hochwertiger Unterhaltungselektronik und Hybrid-Elektrofahrzeugen verwendet. Darüber hinaus eignen sich Verbundelektrolyte aufgrund ihrer hohen Energiedichte und Sicherheit gut für den Einsatz in R-Batterien in industriellen Energieanwendungen.

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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Allen diesen Festelektrolytklassifizierungen ist gemeinsam, dass sie Zuverlässigkeit und Sicherheit bieten. Allerdings sind mit jeder Klassifizierung einige Unterschiede und Einschränkungen verbunden, die ihre Anwendungsfälle unterschiedlich machen.

Gel-Elektrolyt-Klassifizierung

Gelelektrolyte stellen einen Mittelweg zwischen den Extremen flüssiger und fester Elektrolyte dar und bieten ein ausgewogenes Spektrum an Eigenschaften, die sie für verschiedene Anwendungen wertvoll machen. Diese gelbasierten Elektrolyte finden aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften und Vorteile viele Verwendungsmöglichkeiten. Gelelektrolyte lassen sich meist in zwei Kategorien einteilen:

Polymere Gelelektrolyte

Organische Polymere wie Polyethylenoxid (PEO), Polyacrylnitril (PAN) oder Polyvinylchlorid (PVC) werden mit einem flüssigen Elektrolyten kombiniert, um polymere Gelelektrolyte zu erzeugen, die die Konsistenz von Gel haben. Die flüssige Komponente unterstützt die Ionenleitung, während die Polymere für mechanische Stabilität sorgen.

Diese bieten mechanische Flexibilität und sind daher eine gute Wahl für tragbare Technologiebatterien. Aufgrund ihrer Konsistenz laufen die polymeren Gelelektrolyte nicht aus und sie bieten außerdem eine moderate Energiedichte, was sie zu einer guten Wahl für Batterien für vielseitige Anwendungen macht.

Zu den Anwendungen von Batterien mit diesem Elektrolyten gehören unter anderem Unterhaltungselektronik wie Laptops und Smartphones. Diese kommen auch in leichten Elektrofahrzeugen und Photovoltaikanlagen zum Einsatz.

Anorganische Gelelektrolyte

Anorganische Substanzen wie Kieselgel, Zirkonoxid oder Phosphorpentoxid werden mit einem Lösungsmittel kombiniert, um anorganische gelartige Elektrolyte zu bilden. Das anorganische Element trägt zur Steifigkeit der Struktur bei. Anorganische Gelelektrolyte bieten mehrere vorteilhafte Eigenschaften, die sie ideal für bestimmte Anwendungen machen.

Erstens bieten sie eine höhere thermische Stabilität als ihre organischen Äquivalente und sind dadurch widerstandsfähiger gegenüber verschiedenen Temperaturschwankungen. Zweitens erhöht sich die Lebensdauer der Batterie, da diese Elektrolyte normalerweise chemisch inert sind oder nicht schnell mit anderen Teilen der Batterie reagieren.

Drittens verfügen sie über eine ausgezeichnete Ionenleitfähigkeit, insbesondere wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt sind, und weisen eine gelartige Struktur auf, die nahezu fest ist. Daher eignen sich Batterien mit diesem Elektrolyten gut für Notstromsysteme für Privathaushalte, Gewerbe und Industrie.

Abschluss

Batterien können ohne den Elektrolyten nicht funktionieren, da dieser als Weg für den Ionenfluss zwischen dem positiven und dem negativen Ende der Batterie fungiert. Da sich Batterien stark weiterentwickelt haben, verwenden wir heute in ihnen verschiedene Arten von Elektrolyten. Um die maximale Kapazität einer Batterietechnologie auszuschöpfen, ist die Verwendung des richtigen Elektrolyttyps unerlässlich.

Unabhängig davon, ob Sie an einer industriellen oder privaten Anwendung arbeiten, wird Ihnen das Verständnis des Elektrolyttyps und der Batterietechnologie dabei helfen, viel besser zu arbeiten. Dies ist hilfreich, wenn Sie für Ihren Anwendungsfall mit einem neuen Elektrolyttyp arbeiten.