Електроліти в сучасних
акумуляторах
Свєт Софія
9А
МЕТА:
- ознайомитися з науковими джерелами про сучасні електроліти та
акумулятори, їх використання а також утилізацію;
- здобути знання з даної теми, визначити переваги та недоліки видів
електролітів для акумуляторів;
- дослідити екологічний аспект електролітів.
Акумулятори -
Електроліти -
це джерело струму в якому
електроди не витрачаються.
Найпростіший акумулятор
складається
з
двох
свинцевих пластин, які
розміщені в розчині сірчаної
кислоти.
речовини,
розплави
або
розчини,
у
яких
електричний струм виникає
завдяки руху іонів, а не
електронів, як у звичайних
провідниках. Електроліти є
провідниками другого роду,
хоча можливе поєднання
обох типів провідності у
одній
речовині.
Електроліти є
Функції електролітів в
акумуляторах:
ключовим
компонентом
акумуляторних
батарей,
виконуючи роль провідника,
що забезпечує рух іонів між
електродами
та
підтримує
хімічні реакції заряду та
розряду. Вони можуть бути
рідинами або гелями і зазвичай
є розчинами солей, кислот або
основ, які проводять струм
завдяки руху йонів.
Провідність заряду: Забезпечують рух
іонів між позитивним і негативним
полюсами акумулятора.
• Підтримка
хімічних
реакцій:
Необхідні для перебігу хімічних
процесів під час циклів заряду та
розряду.
• Регулювання струму та напруги:
Допомагають стабілізувати струм
та напругу, що подається на
акумулятор.
• Збереження енергії: Дозволяють
акумулятору накопичувати та
виділяти електричну енергію.
Сучасні електроліти для акумуляторів
Тип електроліту
Тип
акумулятора
Переваги
Недоліки
Рідинний
органічний
(LiPF₆ у EC,
DMC, DEC)
Li-іонні
• Висока іонна • Горючість, витік
(LiCoO₂, NCM, провідність
• Деградація
NCA,
•
• Менша
LiFePO₄),
Відпрацьована стабільність при
технологія
низьких
Na-іонні
• Широкий
температурах
температурни
й діапазон
Де застосовуються
Смартфони,
ноутбуки,
електромобілі
Сучасні електроліти для акумуляторів
Тип
електроліту
Гелевий (LiPF₆
або LiBF₄ у
полімерній
матриці)
Тип
Переваги
Недоліки
акумулятора
Літій• Безпечніші
• Менша
полімерні (Li- • Менше
провідність
Po)
випаровування • Вищий опір
• Стабільніша • Дорожче
робота
виробництво
Де
застосовуються
📱 Дрони, 🧭 GPS,
💻 ультратонкі
ноутбуки
Сучасні електроліти для акумуляторів
Тип
електроліту
Твердий
електроліт
(LLZO, Li₃PS₄,
NASICON)
Тип
Переваги
акумулятора
Li-metal, Li-S, • Висока
Na-solid-state безпека
• Велика
енергетична
щільність
• Термічна
стабільність
Недоліки
Де застосовуються
• Низька
провідність при
кімнатній T
• Висока ціна
• Проблеми
контактів
🚗 EV майбутнього,
🛰🧭 аерокосмос, ⚡
енергетика
Сучасні електроліти для акумуляторів
Тип
Тип
Переваги
Недоліки
електроліту
акумулятора
Іонні рідини Li-іонні, Na- • Негорючі
• Висока в’язкість
(EMIM-TFSI, іонні
• Стабільні при • Висока ціна
LiTFSI у IL)N)
високих T
• Менша сумісність
• Широке вікно
стабільності
Де застосовуються
🏭 Промислові
установки, ⚡
високотемператур
ні системи
Сучасні електроліти для акумуляторів
Тип
електроліту
Водні
(ZnSO₄, KOH,
H₂SO₄)
Тип
Переваги
акумулятора
Zn-Br, Fe• Безпечні
flow, Ni-Cd, • Дешеві
Ni-MH,
• Висока
проточні
провідність
батареї
Недоліки
Де застосовуються
• Низька напруга
• Корозія
• Температурні
обмеження
⚡ Стаціонарні
системи зберігання
енергії
Сучасні електроліти для акумуляторів
Тип електроліту Тип
акумулятора
Напівтвердий Li-іонні
/ гібридний
(quasi-solid),
(LiPF₆ +
Li-metal
полімери +
гелі)
Переваги
• Компроміс між
безпекою та
провідністю
• Менший опір
ніж у твердих
• Легше
масштабувати
Недоліки
Де
застосовуються
• Частково горючі 🚗 EV нового
• Менша
покоління, ⚡
механічна
енергосховища
стабільність
• Не ідеальний
баланс
Екологічні проблеми електролітів для акумуляторів
1.Токсичність речовини
2.Забруднення обґрунтувань і води — при неправильній утилізації
електроліту може потрапити в довкілля.
3.Корозійна дія кислота — кислоти з акумуляторів руйнують металеві
конструкції та техніку.
4.Викиди під час виробництва — виробництво електролітів
супроводжується шкідливими викидами CO₂ та хімічних парів.
5.Складність переробки — хімічний склад електролітів ускладнює їх
безпечну утилізацію.
Шляхи розв'язання проблем
1.Розробка безпечних електролітів — використання твердих або водних
електролітів замість кислотних.
2.Переробка акумуляторів — створення системи збору й повторної
утилізації батарей.
3.Екологічне виробництво — зменшення шкідливих викидів і очищення
відходів.
4.Заміна токсичних— перехід на натрієві, калієві чи магнієві електроліти.
5.Контроль і законодавство — суворі норми з транспортування та
утилізації батарей.
Висновки
У сучасних акумуляторах застосовуються різні типи електролітів (рідкі,
гелеві або твердотілі), які залежно від типу акумулятора можуть бути на
основі солей, кислот (наприклад, сульфатна кислота у свинцево-кислотних
батареях) або органічних розчинників. Вибір електроліта залежить від
призначення акумулятора
Провідність електроліта є критично важливою для роботи акумулятора,
тип електроліту визначає характеристики (ємність, вагу, безпеку) та
застосування акумулятора, а підтримка належного стану електроліту є
ключовою для їхньої довговічності.
Виробництво та утилізація електролітів шкідливі для довкілля, особливо
токсічні свинцево-кислотних акумуляторів.
Сучасні технології мають бути зосереджені на розробці більш екологічно
безпечних типів електролітів та вдосконаленні процесів їх переробки для
зменшення шкідливого впливу.