الحالة الصلبة الشوارد كوبوليمر الكسب غير المشروع ليثيوم تطبيقات البطارية

الهدف العام من هذا الإجراء هو بناء بطاريات ليثيوم بوليمرية صلبة. أولاً، استخدم نهج بلمرة الجذور الحرة لتخليق بوليمر تطعيمي، ثم قم بطلاء الكاثود بمساحيق الليثيوم. انتقل بعد ذلك لطلاء البوليمر الصلب على كل من الكاثود وأنود معدن الليثيوم.

الآن، قم بتجميع الكاثود والأنود في خلية كاملة. يُستخدم اختبار الموصلية لإثبات أن البوليمر الصلب يمكن أن يعمل كإلكتروليت. لقد جاءتنا الفكرة لهذا الأسلوب أولاً لرغبتنا في تحسين الترطيب بين جزيئات الكاثود والإلكتروليت البوليمري.

وقمنا بذلك باستخدام البوليمر كعامل ربط للكاثود أيضاً لتحضير خليط الكاثود. تم طحن مساحيق فوسفات حديد الليثيوم مع أسود الكربون باستخدام الطحن الكروي، ثم أذيب الخليط في محلول إلكتروليت البوليمر المشترك المطعّم بنسبة وزنية قدرها 5:1:1، وسُخن المزيط إلى 80 °C مع ترك الغطاء مفتوحاً تحت تقليب مستمر. بعد ذلك، تم تعريض المزيج للموجات فوق الصوتية والتقليب المغناطيسي لضمان الخلط الجيد.

الآن، قم بفرد المعلق باستخدام شفرة الطبيب (doctor blade) على رقاقة الألومنيوم بمعامل تحميل قدره 10 mg/cm². جفف الكاثود المركب في فرن تفريغ عند درجة حرارة 80 °C طوال الليل لإزالة أي بقايا من رباعي هيدرو والرطوبة. انقل الكاثود المركب إلى صندوق قفازات مملوء بالأرجون إلى قطاعة أقطاب عالية الدقة، واقطع أقراصاً صغيرة بمساحة 1.4 cm².

بعد ذلك، يتم صب محلول GCE النقي بطريقة الترسيب بالتنقيط (drop casting) فوق أقراص القطب لتكوين طبقة الإلكتروليت. تُسخن أقراص إلكتروليت الكاثود النهائية على لوح تسخين داخل صندوق القفازات (glove box) عند نقطة ندى تبلغ 80 درجة مئوية لتبخير THF. الآن، وباستخدام أداة إغلاق يدوية، يتم تجميع خلايا العملة المعدنية من طراز CR 2 0 3 2 مع أقراص ليثيوم معدنية مغطاة بـ GCE ذات أحجام متساوية.

لمقارنة الأداء، قم بتجميع مجموعة ثانية من الخلايا تتكون من نفس مساحيق فوسفات حديد الليثيوم ومصعد الليثيوم المعدني. ولكن استخدم راتنج رابط A-P-V-D-F، وفاصلاً من A-P-V-D-F، وإلكتروليتاً سائلاً من سداسي فلوروفوسفات الليثيوم بتركيز 1 molar في نسبة من EC إلى DMC تبلغ 1. الآن، قم بإجراء اختبارات الدورات في درجة الحرارة المحيطة باستخدام جهاز اختبار بطاريات Mac 4,000 بـ 32 قناة.

تتميز البطاريات القائمة على الليثيوم بكثافات طاقة أعلى من بطاريات الرصاص الحمضية والنيكل والكادميوم وهيدريد نيكل المعدني. تتكون بطارية أيون الليثيوم الكاملة من كاثود وأنود، وإلكتروليت وفاصل. يؤثر الإلكتروليت على القدرة الإجمالية للطاقة بسبب المعاوقة، سواء من خلال الإلكتروليت نفسه أو عند الواجهات البينية بين القطب والإلكتروليت.

في هذا المثال، استُخدم المونومران POEM وPDMS لتصنيع بوليمر تطعيمي بوزن جزيئي نهائي قدره 500, 000 grams per mole. تم تجميع الخلية القرصية كما هو موضح في هذا المخطط الذي يظهر جسيمات رمادية من فوسفات حديد الليثيوم، وجسيمات سوداء من الكربون، وخيوطاً زرقاء، وGCE، ومصعداً من معدن الليثيوم. وبخلاف الحالة السائلة، يجب أن يتجاوز انتقال الأيونات على طول سلاسل البوليمر حاجزي تنشيط.

يعتمد تخليص الأيونات بواسطة وحدات EO التنسيقية على درجة الحرارة، بينما يعتمد الحركة القطاعية للبوليمر على درجة حرارة VLE Toman. وتظهر هذه البيانات الخاصة بأداء دورات الخلية في درجة حرارة الغرفة ملفات الشحن والتفريغ للخلايا ذات الإلكتروليت السائل التقليدي عند 15 milliamps per gram، ولرابط إلكتروليت البوليمر المشترك المطعّم عند 10 milliamps pergram. وكما هو متوقع، تعتمد ملفات جهد التفريغ لخلايا البوليمر الصلبة على درجة الحرارة عند تيارات تفريغ مختلفة.

يمكن رسم مخططات جهد التفريغ كدوال للسعة النوعية. ويلاحظ أن الأداء يكون أفضل عند درجات الحرارة المرتفعة. كما يمكن عرض كثافات الطاقة عند كثافات قدرة مختلفة في شكل مخطط راغوني (ragone plot) لبطاريات الإلكتروليت البوليمرية والسائلة.

لاحظ أن بطاريات البوليمر الصلبة تعمل بأمان في درجات الحرارة المرتفعة عند اتباع هذا الإجراء. ويمكن استخدام طرق أخرى مثل العد وتحليل حجم الجسيمات للإجابة على أسئلة إضافية مثل مسامية الكاثودات وتأثير حجم الجسيمات على التباين الكلي للبطارية.