Nouvo aditif amelyore pèfòmans tanperati ki ba nan pil ityòm ion

Figi 1 se yon pwosesis pou fè sentèz aditif la.Sitou, chèn molekilè likid iyonik la grefon sou nanosfè polymethyl methacrylate (PMMA) pa reyaksyon pou fòme yon estrikti prensipal tankou bwòs, ak Lè sa a, estrikti a gaye nan acetate etil (MA).Epi yo fòme yon nouvo sistèm elektwolit nan yon sòlvan melanje nan kabonat pwopilèn (PC).Jan yo montre nan Fig. 2a, konduktiviti elektwolit la diminye kòm tanperati a diminye, ak konduktiviti elektwolit ki gen asetat etil la pi wo pase elektwolit la lè l sèvi avèk sèlman kabonat pwopilèn kòm sòlvan an, paske pwen konjelasyon relativman ba ( -96 ° C) ak viskozite (0.36 cp) nan acetate etil ankouraje mouvman an rapid nan iyon ityòm nan tanperati ki ba.Li ka wè nan Fig. 2b ke viskozite a nan elektwolit la ap ogmante apre adisyon a ki fèt nan aditif (PMMA-IL-TFSI), men ogmantasyon nan viskozite pa afekte konduktiviti nan elektwolit la.Enteresan, adisyon an rezilta nan yon ogmantasyon sibstansyèl nan konduktiviti elektwolit la.Sa a se akòz: 1) likid iyonik la anpeche solidifikasyon elektwolit la nan tanperati ki ba.Efè plastifikasyon ki te koze pa prezans likid iyonik diminye tanperati tranzisyon faz vè nan sistèm elektwolit la (figi 2c), kidonk kondiksyon ion pi fasil anba kondisyon tanperati ki ba;2) PMMA mikrosfè estrikti grefon pa likid iyonik ka konsidere kòm Li se yon "yon sèl-yon kondiktè".Anplis de sa nan aditif la anpil ogmante kantite iyon ityòm ki deplase lib nan sistèm elektwolit la, kidonk ogmante konduktiviti elektwolit la nan tanperati chanm ak nan tanperati ki ba.

Figi 1. Wout sentetik pou aditif.

Figi 2. (a) Kondiktivite elektwolit la kòm yon fonksyon tanperati.(b) Viskozite sistèm elektwolit la nan diferan tanperati.(c) analiz DSC.

Imedyatman, otè yo konpare pèfòmans elektwochimik de sistèm elektwolit ki gen aditif ak pa gen aditif nan diferan kondisyon tanperati ki ba.Li ka wè nan Fig. 3 ke apre sikile 90 sik nan yon dansite aktyèl nan 0.5 C, pa gen okenn diferans enpòtan nan kapasite nan de sistèm elektwolit yo nan 20 °C.Kòm tanperati a bese, elektwolit la ki gen aditif la montre pèfòmans sik siperyè pase elektwolit la san aditif la.Nan 0 °C, -20 °C ak -40 °C, kapasite elektwolit la ki gen aditif la apre monte bisiklèt ka rive nan 107, 84 ak 48 mA / g, siyifikativman pi wo pase kapasite elektwolit la san aditif apre monte bisiklèt nan diferan. tanperati (respektivman nan 94, 40 ak 5 mA/g), ak efikasite coulombic apre 90 sik elektwolit ki gen aditif la rete nan 99.5%.Figi 4 konpare pèfòmans pousantaj de sistèm yo nan 20 ° C, -20 ° C, ak -40 ° C. Yon diminisyon nan tanperati lakòz yon diminisyon nan kapasite batri a, men apre aditif la, pousantaj la. pèfòmans batri a amelyore anpil.Pou egzanp, nan -20 ° C, batri a ki gen aditif la ka toujou rive nan yon kapasite de 38 mA / g nan yon dansite aktyèl 2 C, pandan y ap batri a san aditif la pa travay byen nan 2 C.

Figi 3. Pèfòmans siklik ak efikasite koulombik batri a nan diferan tanperati: (a, c) elektwolit ki gen aditif;(b, d) elektwolit san aditif.

Figi 4. To pèfòmans batri a nan diferan tanperati: (a, b, c) elektwolit ak aditif;(d, e, f) elektwolit san aditif.

Finalman, otè yo plis envestige mekanis ki kache yo pa obsèvasyon SEM ak tès EIS, epi klarifye rezon ki posib pou prezans aditif yo fè batri a montre ekselan pèfòmans elektwochimik nan tanperati ki ba: 1) PMMA-IL-TFSI estrikti inibit solidifikasyon elektwolit ak Ogmante kantite iyon ityòm ki deplase lib nan sistèm nan fè elektwolit la ogmante anpil nan tanperati ki ba;2) ogmantasyon nan iyon ityòm ki deplase lib ralanti efè polarizasyon pandan chaj ak egzeyat, kidonk fòme yon fim SEI ki estab;3) prezans nan likid iyonik Fim nan SEI fè plis kondiktif ak ankouraje pasaj la nan iyon ityòm nan fim nan SEI, osi byen ke transfè chaj rapid.Li ka wè nan Fig. 5 ke fim nan SEI ki te fòme pa sistèm nan elektwolit ki gen aditif la se pi plis ki estab ak fèm, epi pa gen okenn domaj evidan ak fant apre sik la, ak elektwolit la ak elektwòd la plis reyaji.Dapre analiz EIS (Figi 6), Kontrèman, sistèm elektwolit ki gen aditif gen pi piti RSEI ak pi piti RCT, ki endike mwens rezistans nan iyon ityòm atravè manbràn SEI a ak pi vit migrasyon soti nan SEI nan elektwòd la.

Figi 5. SEM foto fèy ityòm apre fen sik la nan -20 ° C (a, c, d, f) ak -40 ° C (b, e): (a, b, c) gen aditif;(d, e, f) pa gen aditif.

Figi 6. Tès EIS nan diferan tanperati.

Atik la te pibliye nan jounal ki renome entènasyonalman ACS Applied Energy Materials.Travay prensipal la te konplete pa Dr Li Yang, premye otè papye a.