ทฤษฎีแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์

ทฤษฎีแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์

12-5-2566

มีเทคโนโลยีที่มีจำหน่ายในท้องตลาดสองเทคโนโลยีเรียกรวมกันว่าลิเธียมไอออนโพลีเมอร์ (โดยที่ "โพลีเมอร์" หมายถึง "โพลีเมอร์แยกอิเล็กโทรไลต์")

แบตเตอรี่ประกอบด้วยส่วนต่างๆ ดังต่อไปนี้:

อิเล็กโทรดบวก: LiCoO2 ลิเธียมโคบอลต์ไดออกไซด์หรือ LiMn2O4 ลิเธียมเตตราออกไซด์แมงกานีสไดออกไซด์

ไดอะแฟรม: โพลีเมอร์อิเล็กโทรไลต์นำไฟฟ้า (เช่น โพลีเอทิลีนไกลคอล, PEO)

อิเล็กโทรดเชิงลบ: สารประกอบลิเธียมหรือลิเธียมคาร์บอนฝังตัว (เคมี)

ปฏิกิริยาโดยทั่วไป: (คายประจุ)

อิเล็กโทรดเชิงลบ: (คาร์บอนลิกส์) → C+xLi+xe

ไดอะแฟรม: Li เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า

อิเล็กโทรดที่เป็นบวก: Li1 − xCoO2+xLi+xe → LiCoO2

ปฏิกิริยาทั้งหมด: (คาร์บอน xLi+xe)+Li1-xCoO2 → LiCoO2+คาร์บอน

โพลีเมอร์อิเล็กโทรไลต์/เมมเบรนอาจเป็นโพลีเมอร์แข็ง เช่น โพลีเอทิลีนไกลคอล (PEO), ลิเธียมโพแทสเซียมเฮกซาฟลูออไรด์ (LiPF6) หรือเกลือที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าอื่นๆ ที่มีซิลิกาหรือวัสดุอุดอื่นๆ ที่ช่วยเพิ่มคุณสมบัติเชิงกล (วิธีการดังกล่าวยังไม่ได้นำไปใช้ในเชิงพาณิชย์) ภายใต้ข้อกำหนดด้านความปลอดภัย แบตเตอรี่ส่วนใหญ่ใช้ลิเธียมที่มีคาร์บอนฝังตัวเป็นขั้วลบ ยกเว้นผู้ผลิตบางราย เช่น Avestor (หลังจากรวมเข้ากับ Battscap) ที่ใช้ลิเธียมโลหะเป็นขั้วลบ (เรียกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลโพลีเมอร์)

แบตเตอรี่เชิงพาณิชย์ทั้งสองก้อนถูกโพลีเมอร์ด้วยโพลีไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (PVdF) โดยการเคลือบตัวทำละลายคอลลอยด์และเกลือ เช่น เอทิลีนคาร์บอเนต (EC)/ไดเมทิลคาร์บอเนต (DMC)/ไดเอทิลคาร์บอเนต (DEC) ความแตกต่างอยู่ที่การใช้ลิเธียมแมงกานีสออกไซด์ (LiMn2O4) เป็นอิเล็กโทรดบวก (เทคโนโลยีของ Bellcore/Telcordia) วิธีการดั้งเดิมคือการใช้โคบอลต์ลิเธียมออกไซด์ (LiCoO2)

แม้ว่าจะยังไม่มีจำหน่ายในท้องตลาด แต่ก็มีแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ประเภทอื่นๆ ที่ใช้โพลีเมอร์เป็นขั้วบวกด้วย ตัวอย่างเช่น Moltech กำลังพัฒนาขั้วไฟฟ้าบวกที่ทำจากพลาสติกนำไฟฟ้าและสารประกอบคาร์บอนซัลเฟอร์ อย่างไรก็ตาม ในปี พ.ศ. 2548 เทคโนโลยีนี้ดูเหมือนจะมีปัญหาในการปลดปล่อยตัวเองและต้นทุนการผลิตก็สูงเกินไปเช่นกัน

วิธีการอื่นๆ ได้แก่ การใช้สารประกอบอินทรีย์ที่มีกำมะถันและโพลีเมอร์นำไฟฟ้าเป็นอิเล็กโทรดบวก เช่น โพลีอะนิลีน วิธีนี้สามารถบรรลุความสามารถในการคายประจุสูงได้ดี รวมถึงความต้านทานภายในต่ำและความสามารถในการคายประจุสูง แต่มีปัญหาเกี่ยวกับรอบเวลาไม่เพียงพอและต้นทุนสูง