Polymer-Elektrolyte

Dieser Übersichtsartikel behandelt Anwendungen, in denen Polymer-Elektrolyte verwendet werden: Lithiumbatterien, Brennstoffzellen und Wasserentsalzung. Die Konzepte des elektrochemischen Potenzials, der Salzaktivität und des Ionen transports werden im Kontext dieser Anwendungen dargestellt. Das Potenzial wird definiert, und wir zeigen, wie eine Zellpotentialmessung zur Bestimmung der Salzaktivität verwendet werden kann. Die Transportparameter, die benötigt werden, um ein binäres Elektrolyt (Salz + Lösungsmittel) vollständig zu spezifizieren, werden vorgestellt. Wir definieren fünf grundlegend unterschiedliche Typen homogener Elektrolyte: Typ I (klassische flüssige Elektrolyte), Typ II (Gel-Elektrolyte), Typ III (trockene Polymer-Elektrolyte), Typ IV (trockene einkristallin leitende Polymer-Elektrolyte) und Typ V (solvatierte einkristallin leitende Polymer-Elektrolyte). Typische Werte der Transportparameter werden für alle Elektrolyttypen bereitgestellt. Der Vergleich zwischen den Werten bietet Einblicke in die Transportmechanismen, die in Polymer-Elektrolyten auftreten. Es ist wünschenswert, die mechanischen Eigenschaften von Polymer-Elektrolytmembranen von der ionischen Leitfähigkeit zu entkoppeln. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht in der Entwicklung von mikrophasengetrennten Polymeren, bei denen eine der Mikro phasen Ionen leitet, während die andere die mechanische Steifigkeit des heterogenen Polymer-Elektrolyten erhöht. Wir decken alle drei Arten leitender Polymer-Elektrolytphasen (Typen III, IV und V) ab. Wir präsentieren einen einfachen Rahmen, der die Transportparameter heterogener Elektrolyte mit homogenen Analogien in Beziehung setzt. Abschließend diskutieren wir die elektrochemische Stabilität von Elektrolyten und die Auswirkungen von Wasser kontaminationen aufgrund ihrer Relevanz für Anwendungen wie Lithium-Ionen-Batterien.