புதிய சேர்க்கைகள் லித்தியம் அயன் பேட்டரிகளின் குறைந்த வெப்பநிலை செயல்திறனை மேம்படுத்துகின்றன

படம் 1 என்பது சேர்க்கையை ஒருங்கிணைக்கும் செயல்முறையாகும்.முக்கியமாக, அயனி திரவ மூலக்கூறு சங்கிலியானது பாலிமெத்தில் மெதக்ரிலேட் (பிஎம்எம்ஏ) நானோஸ்பியரில் வினையின் மூலம் ஒரு தூரிகை போன்ற முக்கிய கட்டமைப்பை உருவாக்குகிறது, பின்னர் கட்டமைப்பு எத்தில் அசிடேட்டில் (எம்ஏ) சிதறடிக்கப்படுகிறது.மேலும் ஒரு புதிய எலக்ட்ரோலைட் அமைப்பு ப்ரோப்பிலீன் கார்பனேட்டின் (பிசி) கலப்பு கரைப்பானில் உருவாகிறது.படம் 2a இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, வெப்பநிலை குறையும்போது எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறன் குறைகிறது, மேலும் எத்தில் அசிடேட் கொண்ட எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறன் எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறன் ப்ரோப்பிலீன் கார்பனேட்டை மட்டுமே கரைப்பானாகப் பயன்படுத்தும் எலக்ட்ரோலைட்டை விட அதிகமாக உள்ளது, ஏனெனில் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த உறைபனி புள்ளி ( -96 ° C) மற்றும் எத்தில் அசிடேட்டின் பாகுத்தன்மை (0.36 cp) குறைந்த வெப்பநிலையில் லித்தியம் அயனிகளின் விரைவான இயக்கத்தை ஊக்குவிக்கிறது.வடிவமைக்கப்பட்ட சேர்க்கை (PMMA-IL-TFSI) சேர்த்த பிறகு எலக்ட்ரோலைட்டின் பாகுத்தன்மை அதிகரிக்கும் என்பதை படம் 2b இலிருந்து காணலாம், ஆனால் பாகுத்தன்மையின் அதிகரிப்பு எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறனை பாதிக்காது.சுவாரஸ்யமாக, சேர்க்கையைச் சேர்ப்பது எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறனில் கணிசமான அதிகரிப்புக்கு வழிவகுக்கிறது.இதற்குக் காரணம்: 1) அயனி திரவமானது குறைந்த வெப்பநிலையில் எலக்ட்ரோலைட்டின் திடப்படுத்துதலைத் தடுக்கிறது.அயனி திரவம் இருப்பதால் ஏற்படும் பிளாஸ்டிசைசேஷன் விளைவு எலக்ட்ரோலைட் அமைப்பின் கண்ணாடி கட்ட மாறுதல் வெப்பநிலையை குறைக்கிறது (படம். 2c), எனவே குறைந்த வெப்பநிலை நிலைகளில் அயனி கடத்தல் எளிதானது;2) அயனி திரவத்தால் ஒட்டப்பட்ட PMMA மைக்ரோஸ்பியர் அமைப்பு இது ஒரு "ஒற்றை-அயன் கடத்தி" என்று கருதலாம்.சேர்க்கையைச் சேர்ப்பது எலக்ட்ரோலைட் அமைப்பில் சுதந்திரமாக நகரும் லித்தியம் அயனிகளின் அளவை பெரிதும் அதிகரிக்கிறது, இதனால் அறை வெப்பநிலையிலும் குறைந்த வெப்பநிலையிலும் எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறன் அதிகரிக்கிறது.

படம் 1. சேர்க்கைகளுக்கான செயற்கை வழி.

படம் 2. (அ) வெப்பநிலையின் செயல்பாடாக எலக்ட்ரோலைட்டின் கடத்துத்திறன்.(ஆ) வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் எலக்ட்ரோலைட் அமைப்பின் பாகுத்தன்மை.(c) DSC பகுப்பாய்வு.

பின்னர், ஆசிரியர்கள் இரண்டு எலக்ட்ரோலைட் அமைப்புகளின் மின்வேதியியல் செயல்திறனை ஒப்பிட்டுப் பார்த்தனர் மற்றும் வெவ்வேறு குறைந்த வெப்பநிலை நிலைகளில் சேர்க்கைகள் இல்லை.0.5 C மின்னோட்ட அடர்த்தியில் 90 சுழற்சிகளை சுற்றிய பிறகு, 20 °C இல் இரண்டு எலக்ட்ரோலைட் அமைப்புகளின் திறனில் குறிப்பிடத்தக்க வேறுபாடு இல்லை என்பதை படம் 3 இல் இருந்து காணலாம்.வெப்பநிலை குறைக்கப்படுவதால், சேர்க்கை இல்லாத எலக்ட்ரோலைட்டை விட, சேர்க்கை கொண்ட எலக்ட்ரோலைட் சிறந்த சுழற்சி செயல்திறனை வெளிப்படுத்துகிறது.0 °C, -20 °C மற்றும் -40 °C இல், சைக்கிள் ஓட்டுதலுக்குப் பிறகு சேர்க்கை கொண்ட எலக்ட்ரோலைட்டின் திறன் 107, 84 மற்றும் 48 mA / g ஐ எட்டும், வெவ்வேறு நேரங்களில் சைக்கிள் ஓட்டிய பிறகு சேர்க்கைகள் இல்லாத எலக்ட்ரோலைட்டின் திறனை விட கணிசமாக அதிகமாகும். வெப்பநிலைகள் (முறையே 94, 40 மற்றும் 5 mA/g இல்), மற்றும் 90 சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு சேர்க்கை கொண்ட எலக்ட்ரோலைட்டின் கூலம்பிக் செயல்திறன் 99.5% ஆக இருந்தது.படம் 4 இரண்டு அமைப்புகளின் வீத செயல்திறனை 20 ° C, -20 ° C மற்றும் -40 ° C இல் ஒப்பிடுகிறது. வெப்பநிலை குறைவதால் பேட்டரியின் திறன் குறைகிறது, ஆனால் சேர்க்கை சேர்த்த பிறகு, விகிதம் பேட்டரி செயல்திறன் பெரிதும் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது.எடுத்துக்காட்டாக, -20 ° C இல், சேர்க்கை கொண்ட பேட்டரி இன்னும் 2 C தற்போதைய அடர்த்தியில் 38 mA/g திறனை எட்டும், அதே நேரத்தில் சேர்க்கை இல்லாத பேட்டரி 2 C இல் சரியாக வேலை செய்யாது.

படம் 3. வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் பேட்டரியின் சுழற்சி செயல்திறன் மற்றும் கூலம்பிக் செயல்திறன்: (a, c) சேர்க்கைகள் கொண்ட எலக்ட்ரோலைட்;(b, d) சேர்க்கைகள் இல்லாத எலக்ட்ரோலைட்.

படம் 4. வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் பேட்டரியின் செயல்திறன் விகிதம்: (a, b, c) சேர்க்கைகளுடன் கூடிய எலக்ட்ரோலைட்;(d, e, f) சேர்க்கைகள் இல்லாத எலக்ட்ரோலைட்.

இறுதியாக, ஆசிரியர்கள் SEM கண்காணிப்பு மற்றும் EIS சோதனை மூலம் அடிப்படை வழிமுறைகளை மேலும் ஆராய்ந்தனர், மேலும் குறைந்த வெப்பநிலையில் பேட்டரி சிறந்த மின்வேதியியல் செயல்திறனை வெளிப்படுத்தும் வகையில் சேர்க்கைகள் இருப்பதற்கான சாத்தியமான காரணங்களை தெளிவுபடுத்தினர்: 1) PMMA-IL-TFSI அமைப்பு எலக்ட்ரோலைட் திடப்படுத்துதலைத் தடுக்கிறது மற்றும் அமைப்பில் சுதந்திரமாக நகரும் லித்தியம் அயனிகளின் அளவை அதிகரிப்பது குறைந்த வெப்பநிலையில் எலக்ட்ரோலைட்டை பெரிதும் அதிகரிக்கச் செய்கிறது;2) சுதந்திரமாக நகரும் லித்தியம் அயனிகளின் அதிகரிப்பு சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்றத்தின் போது துருவமுனைப்பு விளைவைக் குறைக்கிறது, இதனால் நிலையான SEI படம் உருவாகிறது;3) அயனி திரவங்களின் இருப்பு SEI படம் அதிக கடத்தும் தன்மை கொண்டது மற்றும் SEI படத்தின் மூலம் லித்தியம் அயனிகளை கடந்து செல்வதை ஊக்குவிக்கிறது, அத்துடன் விரைவான கட்டண பரிமாற்றத்தையும் ஊக்குவிக்கிறது.சேர்க்கையைக் கொண்ட எலக்ட்ரோலைட் அமைப்பால் உருவாக்கப்பட்ட SEI படம் மிகவும் உறுதியானது மற்றும் உறுதியானது, மேலும் சுழற்சிக்குப் பிறகு வெளிப்படையான சேதம் மற்றும் பிளவுகள் எதுவும் இல்லை, மேலும் எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் மின்முனை மேலும் வினைபுரிகிறது என்பதை படம் 5 இல் இருந்து காணலாம்.EIS பகுப்பாய்வு மூலம் (படம் 6), இதற்கு நேர்மாறாக, சேர்க்கைகளைக் கொண்ட எலக்ட்ரோலைட் அமைப்புகள் சிறிய RSEI மற்றும் சிறிய RCT ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளன, இது குறைந்த எதிர்ப்பைக் குறிக்கிறது. லித்தியம் அயனிகள் SEI சவ்வு முழுவதும் மற்றும் SEI இலிருந்து மின்முனைக்கு வேகமாக இடம்பெயர்தல்.

படம் 5. -20 ° C (a, c, d, f) மற்றும் -40 ° C (b, e) இல் சுழற்சியின் முடிவில் லித்தியம் தாளின் SEM புகைப்படம்: (a, b, c) சேர்க்கைகள் உள்ளன;(d, e , f) சேர்க்கைகள் இல்லை.

படம் 6. வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் EIS சோதனை.

சர்வதேச அளவில் புகழ்பெற்ற ஏசிஎஸ் அப்ளைடு எனர்ஜி மெட்டீரியல்ஸ் இதழில் கட்டுரை வெளியிடப்பட்டுள்ளது.கட்டுரையின் முதல் ஆசிரியரான டாக்டர் லி யாங்கால் முக்கிய வேலை முடிக்கப்பட்டது.