Gehigarri berriek tenperatura baxuko errendimendua hobetzen dute litio-ioizko baterien errendimendua

1. irudia gehigarria sintetizatzeko prozesu bat da.Batez ere, kate molekular likido ionikoa polimetil metakrilatoa (PMMA) nanosferan txertatzen da erreakzio bidez eskuila antzeko egitura nagusi bat osatzeko, eta, ondoren, egitura etil azetatoan (MA) barreiatzen da.Eta elektrolito-sistema berri bat eratzen da propileno karbonatoaren (PC) disolbatzaile misto batean.2a irudian ikusten den bezala, elektrolitoaren eroankortasuna txikiagotzen da tenperatura jaisten den heinean, eta etil azetatoa duen elektrolitoaren eroankortasuna elektrolitoarena baino askoz handiagoa da disolbatzaile gisa propileno karbonatoa soilik erabiliz, izozte-puntu nahiko baxua delako ( -96 ° C) eta likatasunak (0,36 cp) etil azetatoaren litio ioien mugimendu azkarra sustatzen dute tenperatura baxuetan.2b irudian ikus daiteke diseinatutako gehigarria (PMMA-IL-TFSI) gehitu ondoren elektrolitoaren biskositatea handituko dela, baina biskositatearen igoerak ez du elektrolitoaren eroankortasunean eragiten.Interesgarria da gehigarria gehitzeak elektrolitoaren eroankortasuna nabarmen handitzen du.Hau da: 1) Likido ionikoak elektrolitoaren solidotzea galarazten du tenperatura baxuetan.Likido ionikoaren presentziak eragindako plastifikazio-efektuak elektrolito-sistemaren beira-fasearen trantsizio-tenperatura murrizten du (2c. irudia), beraz, ioien eroapena errazagoa da tenperatura baxuko baldintzetan;2) Likido ionikoz txertatutako PMMA mikroesferaren egitura "ioi bakarreko eroale" gisa har daiteke.Gehigarria gehitzeak elektrolito-sisteman aske mugitzen diren litio-ioi kopurua asko handitzen du, eta, ondorioz, elektrolitoaren eroankortasuna areagotzen du giro-tenperaturan eta baita tenperatura baxuetan ere.

1. irudia. Gehigarrientzako ibilbide sintetikoa.

2. Irudia. (a) Elektrolitoaren eroankortasuna tenperaturaren arabera.(b) Elektrolito-sistemaren biskositatea tenperatura desberdinetan.(c) DSC azterketa.

Ondoren, egileek tenperatura baxuko baldintza desberdinetan gehigarriak dituzten eta gehigarririk ez duten bi elektrolito-sistemen errendimendu elektrokimikoa alderatu zuten.3. iruditik ikus daiteke 0,5 C-ko korronte-dentsitatean 90 ziklo zirkulatu ondoren, ez dagoela alde handirik bi elektrolito-sistemen ahalmenean 20 °C-tan.Tenperatura jaisten den heinean, gehigarria duen elektrolitoak ziklo errendimendu handiagoa erakusten du gehigarririk gabeko elektrolitoak baino.0 °C, -20 °C eta -40 °C-tan, gehigarria duen elektrolitoaren ahalmena 107, 84 eta 48 mA / g-ra irits daiteke, ziklo desberdinetan gehigarririk gabeko elektrolitoaren ahalmena baino nabarmen handiagoa. tenperaturak (hurrenez hurren 94, 40 eta 5 mA/g) eta gehigarria duen elektrolitoaren 90 zikloren ondoren eraginkortasun coulombikoa % 99,5ean geratu da.4. irudiak bi sistemen errendimendua 20 º C, -20 º C eta -40 º C-tan alderatzen du. Tenperaturaren jaitsierak bateriaren ahalmenaren murrizketa eragiten du, baina gehigarria gehitu ondoren, tasa. bateriaren errendimendua asko hobetzen da.Adibidez, -20 ºC-tan, gehigarria duen bateriak 38 mA/g-ko ahalmena lor dezake oraindik 2 C-ko korronte-dentsitatearekin, gehigarririk gabeko bateria 2 C-tan behar bezala funtzionatzen ez duen bitartean.

3. Irudia. Bateriaren errendimendu ziklikoa eta eraginkortasun kulombikoa tenperatura desberdinetan: (a, c) gehigarriak dituzten elektrolitoak;(b, d) gehigarririk gabeko elektrolitoa.

4. Irudia Bateriaren errendimendua baloratu tenperatura desberdinetan: (a, b, c) elektrolitoa gehigarriekin;(d, e, f) gehigarririk gabeko elektrolitoa.

Azkenik, egileek azpiko mekanismoak gehiago ikertu zituzten SEM behaketa eta EIS proben bidez, eta bateriak tenperatura baxuetan errendimendu elektrokimiko bikaina erakusteko gehigarrien presentziaren arrazoi posibleak argitu zituzten: 1) PMMA-IL-TFSI egiturak elektrolitoen solidifikazioa galarazten du eta Sisteman libreki mugitzen diren litio ioien kopurua handitzeak elektrolitoa asko handitzen du tenperatura baxuetan;2) aske mugitzen diren litio ioien gehikuntzak polarizazio efektua moteldu egiten du karga eta deskargan zehar, eta horrela SEI film egonkorra osatuz;3) likido ionikoen presentzia SEI filma eroaleagoa egiten da eta litio ioiak SEI filmaren bidez igarotzea sustatzen du, baita karga-transferentzia azkarra ere.5. irudian ikus daiteke gehigarria duen elektrolito-sistemak osatutako SEI filma egonkorragoa eta irmoagoa dela, eta zikloaren ondoren ez dagoela kalte eta pitzadura nabaririk, eta elektrolitoak eta elektrodoak gehiago erreakzionatzen duela.EIS analisiaren arabera (6. Irudia), aitzitik, gehigarriak dituzten elektrolito-sistemek RSEI eta RCT txikiagoak dituzte, eta erresistentzia txikiagoa adierazten dute. litio ioiak SEI mintzean zehar eta SEItik elektrodora migrazio azkarragoa.

5. Irudia. Zikloa amaitu ondoren litio-xaflaren SEM argazkia -20 ° C (a, c, d, f) eta -40 ° C (b, e): (a, b, c) gehigarriak ditu;(d, e, f) ez dauka gehigarririk.

6. Irudia EIS proba tenperatura desberdinetan.

Artikulua nazioartean ezaguna den ACS Applied Energy Materials aldizkarian argitaratu da.Lan nagusia Li Yang doktoreak osatu zuen, paperaren lehen egileak.