نئے اضافے لتیم آئن بیٹریوں کی کم درجہ حرارت کی کارکردگی کو بہتر بناتے ہیں۔

شکل 1 additive کی ترکیب کا عمل ہے۔بنیادی طور پر، آئنک مائع مالیکیولر چین کو پولیمتھائل میتھکرائیلیٹ (PMMA) نانو اسپیئر پر ایک برش جیسا مرکزی ڈھانچہ بنانے کے لیے رد عمل کے ذریعے پیوند کیا جاتا ہے، اور پھر ڈھانچہ ایتھائل ایسیٹیٹ (MA) میں منتشر ہوتا ہے۔اور پروپیلین کاربونیٹ (PC) کے مخلوط سالوینٹ میں ایک نیا الیکٹرولائٹ سسٹم بنتا ہے۔جیسا کہ تصویر 2a میں دکھایا گیا ہے، درجہ حرارت میں کمی کے ساتھ الیکٹرولائٹ کی چالکتا کم ہو جاتی ہے، اور ایتھل ایسیٹیٹ پر مشتمل الیکٹرولائٹ کی چالکتا صرف پروپیلین کاربونیٹ کو سالوینٹ کے طور پر استعمال کرنے والے الیکٹرولائٹ سے کہیں زیادہ ہوتی ہے، کیونکہ نسبتاً کم انجماد نقطہ ( -96 ° C) اور viscosity (0.36 cp) ethyl acetate کم درجہ حرارت پر لتیم آئنوں کی تیز رفتار حرکت کو فروغ دیتا ہے۔یہ تصویر 2b سے دیکھا جا سکتا ہے کہ ڈیزائن کردہ ایڈیٹیو (PMMA-IL-TFSI) کے اضافے کے بعد الیکٹرولائٹ کی viscosity بڑھ جائے گی، لیکن viscosity میں اضافہ الیکٹرولائٹ کی چالکتا کو متاثر نہیں کرتا ہے۔دلچسپ بات یہ ہے کہ اضافی کے اضافے سے الیکٹرولائٹ کی چالکتا میں خاطر خواہ اضافہ ہوتا ہے۔اس کی وجہ یہ ہے: 1) آئنک مائع کم درجہ حرارت پر الیکٹرولائٹ کی مضبوطی کو روکتا ہے۔آئنک مائع کی موجودگی کی وجہ سے پلاسٹکائزیشن کا اثر الیکٹرولائٹ سسٹم (تصویر 2 سی) کے شیشے کے مرحلے کی منتقلی کے درجہ حرارت کو کم کرتا ہے، لہذا کم درجہ حرارت کے حالات میں آئن کی ترسیل آسان ہے؛2) پی ایم ایم اے مائیکرو اسپیئر ڈھانچہ جو آئنک مائع کے ذریعہ پیوند کیا گیا ہے اسے ایک "سنگل آئن کنڈکٹر" کے طور پر شمار کیا جاسکتا ہے۔اضافی کا اضافہ الیکٹرولائٹ سسٹم میں آزادانہ طور پر حرکت پذیر لتیم آئنوں کی مقدار کو بہت زیادہ بڑھاتا ہے، اس طرح کمرے کے درجہ حرارت کے ساتھ ساتھ کم درجہ حرارت پر بھی الیکٹرولائٹ کی چالکتا میں اضافہ ہوتا ہے۔

شکل 1. additives کے لیے مصنوعی راستہ۔

شکل 2۔ (a) درجہ حرارت کے فعل کے طور پر الیکٹرولائٹ کی چالکتا۔(b) مختلف درجہ حرارت پر الیکٹرولائٹ سسٹم کی viscosity۔(c) DSC تجزیہ۔

اس کے بعد، مصنفین نے دو الیکٹرولائٹ سسٹمز کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کا موازنہ کیا جس میں مختلف کم درجہ حرارت کے حالات میں additives اور کوئی additives نہیں ہیں۔یہ تصویر 3 سے دیکھا جا سکتا ہے کہ 0.5 C کی موجودہ کثافت پر 90 چکروں کو گردش کرنے کے بعد، 20 ° C پر دو الیکٹرولائٹ سسٹمز کی صلاحیت میں کوئی خاص فرق نہیں ہے۔جیسے جیسے درجہ حرارت کم ہوتا ہے، اضافی پر مشتمل الیکٹرولائٹ بغیر اضافی کے الیکٹرولائٹ سے بہتر سائیکل کارکردگی دکھاتا ہے۔0 °C، -20 ° C اور -40 ° C پر، سائیکل چلانے کے بعد اضافی پر مشتمل الیکٹرولائٹ کی صلاحیت 107، 84 اور 48 mA/g تک پہنچ سکتی ہے، جو کہ مختلف مقامات پر سائیکل چلانے کے بعد اضافی کے بغیر الیکٹرولائٹ کی صلاحیت سے نمایاں طور پر زیادہ ہے۔ درجہ حرارت (بالترتیب 94، 40 اور 5 mA/g)، اور اضافی پر مشتمل الیکٹرولائٹ کے 90 چکروں کے بعد کولمبک کارکردگی 99.5% رہی۔شکل 4 20 ° C، -20 ° C، اور -40 ° C پر دو نظاموں کی شرح کارکردگی کا موازنہ کرتی ہے۔ درجہ حرارت میں کمی بیٹری کی صلاحیت میں کمی کا سبب بنتی ہے، لیکن اضافی کے اضافے کے بعد، شرح بیٹری کی کارکردگی بہت بہتر ہے.مثال کے طور پر، -20 ° C پر، اضافی پر مشتمل بیٹری 2 C کی موجودہ کثافت پر اب بھی 38 mA/g کی صلاحیت تک پہنچ سکتی ہے، جب کہ اضافی کے بغیر بیٹری 2 C پر ٹھیک سے کام نہیں کر رہی ہے۔

شکل 3. مختلف درجہ حرارت پر بیٹری کی سائیکلک کارکردگی اور کولمبک کارکردگی: (a, c) الیکٹرولائٹ جس میں اضافی اشیاء شامل ہیں۔(b، d) الیکٹرولائٹ بغیر کسی اضافی کے۔

تصویر 4. مختلف درجہ حرارت پر بیٹری کی کارکردگی کی درجہ بندی کریں: (a, b, c) الیکٹرولائٹ کے ساتھ additives;(d، e، f) الیکٹرولائٹ بغیر کسی اضافی کے۔

آخر میں، مصنفین نے SEM مشاہدے اور EIS ٹیسٹنگ کے ذریعے بنیادی میکانزم کی مزید چھان بین کی، اور بیٹری کو کم درجہ حرارت پر بہترین الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کی نمائش کرنے کے لیے additives کی موجودگی کی ممکنہ وجوہات کی وضاحت کی: 1) PMMA-IL-TFSI ڈھانچہ الیکٹرولائٹ کو ٹھوس بنانے کو روکتا ہے اور نظام میں آزادانہ طور پر حرکت پذیر لتیم آئنوں کی مقدار میں اضافہ کم درجہ حرارت پر الیکٹرولائٹ کو بہت زیادہ بڑھا دیتا ہے۔2) آزادانہ طور پر حرکت پذیر لتیم آئنوں کا اضافہ چارج اور خارج ہونے والے مادہ کے دوران پولرائزیشن اثر کو کم کرتا ہے، اس طرح ایک مستحکم SEI فلم بنتی ہے۔3) آئنک مائعات کی موجودگی SEI فلم کو زیادہ موصل بنایا جاتا ہے اور SEI فلم کے ذریعے لتیم آئنوں کے گزرنے کے ساتھ ساتھ تیزی سے چارج ٹرانسفر کو فروغ دیتا ہے۔تصویر 5 سے یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ الیکٹرولائٹ سسٹم کے ذریعے بننے والی SEI فلم زیادہ مستحکم اور مضبوط ہے، اور سائیکل کے بعد کوئی واضح نقصان اور دراڑ نہیں ہے، اور الیکٹرولائٹ اور الیکٹروڈ مزید رد عمل کا اظہار کرتے ہیں۔EIS تجزیہ (شکل 6) کے مطابق، اس کے برعکس، الیکٹرولائٹ سسٹمز جن میں اضافی شامل ہوتے ہیں ان میں RSEI چھوٹا اور RCT چھوٹا ہوتا ہے، جو کہ کم مزاحمت کی نشاندہی کرتا ہے۔ لتیم آئن SEI جھلی کے اس پار اور SEI سے الیکٹروڈ میں تیزی سے منتقلی۔

شکل 5. سائیکل کے اختتام کے بعد لیتھیم شیٹ کی SEM تصویر -20 ° C (a, c, d, f) اور -40 ° C (b, e): (a, b, c) میں اضافی چیزیں شامل ہیں؛(d, e, f) میں کوئی اضافہ نہیں ہوتا۔

شکل 6. مختلف درجہ حرارت پر EIS ٹیسٹ۔

یہ مضمون بین الاقوامی شہرت یافتہ جریدے ACS Applied Energy Materials میں شائع ہوا۔اس مقالے کے پہلے مصنف ڈاکٹر لی یانگ نے مرکزی کام مکمل کیا۔