Viungio vipya huboresha utendaji wa halijoto ya chini ya betri za ioni za lithiamu

Kielelezo cha 1 ni mchakato wa kuunganisha kiongeza.Hasa, mnyororo wa molekuli ya kioevu ya ioni hupandikizwa kwenye nanosphere ya polymethyl methacrylate (PMMA) kwa mmenyuko ili kuunda muundo mkuu unaofanana na brashi, na kisha muundo huo hutawanywa katika ethyl acetate (MA).Na mfumo mpya wa elektroliti huundwa katika kutengenezea mchanganyiko wa propylene carbonate (PC).Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2a, upitishaji wa elektroliti hupungua kadiri joto linavyopungua, na upitishaji wa elektroliti iliyo na acetate ya ethyl ni kubwa zaidi kuliko ile ya elektroliti inayotumia propylene carbonate tu kama kiyeyusho, kwa sababu Kiwango cha chini cha kuganda ( -96 ° C) na mnato (0.36 cp) ya acetate ya ethyl inakuza harakati ya haraka ya ioni za lithiamu kwa joto la chini.Inaweza kuonekana kutoka kwa Mchoro 2b kwamba mnato wa electrolyte utaongezeka baada ya kuongezwa kwa nyongeza iliyoundwa (PMMA-IL-TFSI), lakini ongezeko la viscosity haliathiri conductivity ya electrolyte.Inashangaza, kuongeza kwa matokeo ya nyongeza katika ongezeko kubwa la conductivity ya electrolyte.Hii ni kutokana na: 1) Kioevu cha ioni huzuia uimarishaji wa electrolyte kwa joto la chini.Athari ya plastiki inayosababishwa na uwepo wa kioevu cha ioni hupunguza joto la mpito la awamu ya kioo ya mfumo wa electrolyte (Mchoro 2c), hivyo upitishaji wa ioni ni rahisi chini ya hali ya joto la chini;2) Muundo wa microsphere wa PMMA uliopandikizwa na kioevu ioni unaweza kuzingatiwa kama "kondakta wa ioni moja".Kuongezewa kwa nyongeza huongeza sana kiasi cha ioni za lithiamu zinazohamia kwa uhuru katika mfumo wa electrolyte, na hivyo kuongeza conductivity ya electrolyte kwenye joto la kawaida na kwa joto la chini.

Kielelezo 1. Njia ya syntetisk kwa viungio.

Mchoro 2. (a) Mwendo wa elektroliti kama utendaji wa halijoto.(b) Mnato wa mfumo wa elektroliti kwa viwango tofauti vya joto.(c) Uchambuzi wa DSC.

Baadaye, waandishi walilinganisha utendaji wa elektroliti wa mifumo miwili ya elektroliti iliyo na viungio na hakuna nyongeza katika hali tofauti za joto la chini.Inaweza kuonekana kutoka kwa Mchoro wa 3 kwamba baada ya kuzunguka mizunguko 90 kwa msongamano wa sasa wa 0.5 C, hakuna tofauti kubwa katika uwezo wa mifumo miwili ya electrolyte saa 20 ° C.Halijoto inapopunguzwa, elektroliti iliyo na nyongeza huonyesha utendakazi wa hali ya juu wa mzunguko kuliko elektroliti bila nyongeza.Saa 0 °C, -20 °C na -40 °C, uwezo wa elektroliti iliyo na nyongeza baada ya baiskeli inaweza kufikia 107, 84 na 48 mA / g, juu sana kuliko uwezo wa elektroliti bila nyongeza baada ya baiskeli kwa njia tofauti. joto (kwa mtiririko huo Kwa 94, 40 na 5 mA / g), na ufanisi wa coulombic baada ya mzunguko wa 90 wa electrolyte iliyo na nyongeza ilibakia 99.5%.Kielelezo cha 4 kinalinganisha utendaji wa kiwango cha mifumo miwili saa 20 ° C, -20 ° C, na -40 ° C. Kupungua kwa joto husababisha kupungua kwa uwezo wa betri, lakini baada ya kuongezwa kwa nyongeza, kiwango utendaji wa betri umeboreshwa sana.Kwa mfano, kwa -20 ° C, betri iliyo na kiongeza bado inaweza kufikia uwezo wa 38 mA/g kwa msongamano wa sasa wa 2 C, wakati betri bila nyongeza haifanyi kazi vizuri kwa 2 C.

Kielelezo 3. Utendaji wa mzunguko na ufanisi wa coulombic wa betri kwa joto tofauti: (a, c) electrolyte yenye viongeza;(b, d) elektroliti bila viungio.

Kielelezo 4. Kiwango cha utendaji wa betri kwa joto tofauti: (a, b, c) electrolyte na viongeza;(d, e, f) elektroliti bila nyongeza.

Hatimaye, waandishi walichunguza zaidi taratibu za msingi za uchunguzi wa SEM na upimaji wa EIS, na kufafanua sababu zinazowezekana za kuwepo kwa viungio ili kufanya betri ionyeshe utendaji bora wa electrochemical kwa joto la chini: 1) Muundo wa PMMA-IL-TFSI huzuia uimarishaji wa electrolyte na Kuongezeka kwa kiasi cha ioni za lithiamu zinazohamia kwa uhuru katika mfumo hufanya electrolyte kuongezeka sana kwa joto la chini;2) ongezeko la ioni za lithiamu zinazohamia kwa uhuru hupunguza athari ya polarization wakati wa malipo na kutokwa, na hivyo kutengeneza filamu imara ya SEI;3) uwepo wa maji ya ionic Filamu ya SEI inafanywa zaidi conductive na inakuza kifungu cha ioni za lithiamu kupitia filamu ya SEI, pamoja na uhamisho wa malipo ya haraka.Inaweza kuonekana kutoka kwenye Mchoro wa 5 kwamba filamu ya SEI iliyoundwa na mfumo wa electrolyte iliyo na nyongeza ni imara zaidi na imara, na hakuna uharibifu wa wazi na nyufa baada ya mzunguko, na electrolyte na electrode huguswa zaidi.Kwa uchanganuzi wa EIS (Kielelezo 6), kinyume chake, mifumo ya elektroliti iliyo na viungio ina RSEI ndogo na RCT ndogo, ikionyesha upinzani mdogo wa ioni za lithiamu kupitia utando wa SEI na uhamaji wa haraka kutoka kwa SEI hadi kwa elektrodi.

Kielelezo 5. Picha ya SEM ya karatasi ya lithiamu baada ya mwisho wa mzunguko wa -20 ° C (a, c, d, f) na -40 ° C (b, e): (a, b, c) ina viongeza;(d, e , f) haina viambajengo.

Mchoro 6. Mtihani wa EIS kwa joto tofauti.

Makala hiyo ilichapishwa katika jarida maarufu kimataifa la ACS Applied Energy Materials.Kazi kuu ilikamilishwa na Dk. Li Yang, mwandishi wa kwanza wa karatasi.