Name: Solid-State-Graft Copolymer Elektrolyte für Lithium-Batterie-Anwendungen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-08-12T12:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 33 s
Description: Lernen Sie die Synthese von Pfropfcopolymer-Elektrolyten für Lithium-Batterien durch radikalische Polymerisation. Diese Methode ermöglicht sichere Hochtemperaturanwendungen in der Batterietechnologie.

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Die Autoren bedanken sich bei Weatherford International für die finanzielle Unterstützung bedanken.

1. Graft Copolymersynthese 18-19 <ol><li> Synthetisieren Pfropfmischpolymerisate (POEM-g-PDMS und POEA-g-PDMS bei 70:30 Gewichtsverhältnis) unter Verwendung eines radikalischen Polymerisation Ansatz durch Mischen von 26 ml POEM (oder POEA) Monomere (Abbildung 3), 12 ml von PDMS Macromonomere und 12 mg 2,2 &#39;-Azo-(2-methylpropionitril) (AIBN) (Monomer: Initiator [825:1]) in 160 ml EE. </li><li> Verschließen Sie den Kolben mit der klaren Lösung mit einer Gummimembran und Spülung mit extrem hoher Reinheit Argon für 45 min. </li><li> Die Lösung wird auf 72 ° C (AIBN eine Abbaurate von 3,2 x 10 -5 sec -1) in einem Ölbad unter ständigem Rühren 24 Stunden lang. </li><li> Die anfangs klare Lösung typischerweise zusehends milchig innerhalb von 2 Stunden. Man fällt die endgültige Lösung in einem nicht mischbaren Lösungsmittel, PE. Trocknen Sie das Polymer bei 80 ° C unter weniger als 5 mTorr Vakuum für 5 Tage, um die Restfeuchte zu entfernen. </li><li> Es wurde festgestellt, dass, wenn das Polymer waren not richtig getrocknet, die überschüssige Feuchtigkeit würde zu Rissbildung, wenn das Polymer in dünnen Filmen gegossen wurde. </li><li> Die endgültige Pfropfcopolymer (gezeigt in 4) wies ein Molekulargewicht von 500.000 g / mol mittels Gelpermeationschromatographie mit Polystyrol-Standards übereinstimmt. </li><li> Komplex das Pfropfcopolymer mit LiTFSI bei einer Li: EO-Verhältnis von 1:20 (1 g POEM-g-PDMS (70:30) mit 170 mg LiTFSI) in einem gemeinsamen Lösungsmittel THF, um den Elektrolyten zu bilden. </li></ol> 2. Herstellung von Composite-Cathode <ol><li> Synthetisieren der Kathode durch Mischen in einer Kugelmühle gemahlen LiFePO 4-Pulver (az Gelon New Battery Materials) und Ruß (Super P), und Lösen der Mischung in GCE Lösung in einem Gewichtsverhältnis von 5.01.01. </li><li> Erhitzen der Aufschlämmung auf 80 ° C (open-Cap) unter Rühren. Weiter beschallen den Schlamm durch magnetisch Rühren auf gute Durchmischung zu gewährleisten. Rakel auf eine Aluminiumfolie in einem Belastungsfaktor von 10 mg / cm 2 aufdie Aluminiumfolie auf eine bessere Laminierung auf dem Aluminium. </li><li> Trocknen der Verbundkathode in einem Vakuumofen bei 80 ° CO / N, um das restliche THF und Feuchtigkeit zu entfernen. </li></ol> 3. Knopfzellen Herstellung und Prüfung <ol><li> Transportieren Sie das Verbundkathode in einen mit Argon gefüllten Glovebox und Punsch in kleine Scheiben (Bereich = 1,4 cm 2) mit Hilfe eines hochpräzisen Elektrode Cutter EL-CUT (EL-CELL). Schau rein geworfen GCE-Lösung (POEM-g-PDMS, LiTFSI, sowohl in THF) auf die Elektrode Scheiben, den Elektrolyten zu bilden. </li><li> Erhitzen Sie die letzten Kathoden-Elektrolyt-Disks auf einer Heizplatte im Handschuhfach mit einem Taupunkt von -80 ° C, um das THF verdampft, und montieren in CR2032 Knopfzellen zusammen mit gleich großen GCE-beschichteten metallischen Lithium-Discs (Sigma-Aldrich, 0,75 mm dick) mit einem manuellen Schließen Werkzeug (Hohsen). Die Zelle ist schematisch in Abbildung 5, wo die grauen Partikel stellen LiFePO 4, die schwarzen Teilchen rep gezeigtärgern Kohlenstoff, der blaue &quot;Spaghetti&quot; stellt die GCE, und die Anode aus Lithium Metall. </li><li> Montieren einer zweiten Gruppe von Zellen der gleiche LiFePO 4-Pulver und Lithium-Anode besteht, sondern stattdessen PVDF Bindemittelharz (Kynar), PVDF Separator (Celgard) und flüssigen Elektrolyten von 1 M LiPF 6 in EC: DMC auf 1:1 Verhältnis (LP30, Merck), um die Leistung zu vergleichen. </li><li> Die Montage wurde in einer Glovebox mit einem Taupunkt von -80 ° C durchgeführt Ein 32-Kanal Maccor 4000 Batterie-Tester wurde für den Radsport-Tests bei Raumtemperatur verwendet. </li></ol> 4. Polymer Leitungsmechanismus <ol><li> Die PEO segmentale Bewegungen werden in der Regel mit der Verdrehung um CC-und CO-Bindungen verbunden sind. Die halb-zufällige Segmentbewegung unterstützt Ionenleitung durch Bilden und Brechen Koordinationsstellen für die solvatisierten Ionen und Bereitstellen freies Volumen für die Ionen unter dem Einfluss des elektrischen Feldes zu diffundieren. Das Einsetzen der Segmentbewegung tritt im Viciniy von der Glasübergangstemperatur, T g, und wird leichtere, wenn die Temperatur weiter über die T g. Bei höheren Temperaturen werden die lokalen Hohlräumen mit Polymerausdehnung erzeugt, so dass Polymersegmente in das freie Volumen 19 zu bewegen. </li><li> Da die Segmentbewegung ist viel schneller in der amorphen Phase oberhalb der T g als in der kristallinen Phase tritt Ionentransport in Polymer überwiegend in der amorphen Phase. Doch vor kurzem Li +-Leitung in kristallinen (PEO) 6: 6 LiAsF wurde nachgewiesen, obwohl die Leitfähigkeit mehr als zwei Größenordnungen niedriger als im amorphen PEO. Das kristalline oder amorphe Phase des PEO / Salz-Komplex hängt von der Zusammensetzung, der Temperatur und Herstellungsverfahren 20-22. </li><li> Anders als in flüssiger, wo Ionen bewegen sich mit ihren Lösungsmittel Hülle intakt und Transport auf der makroskopischen Viskosität der im ZusammenhangLösungsmittel in festen Polymer, in dem die Polymerketten immer tiefer sind und nicht über weite Strecken zu bewegen, der Ionentransport der mikroskopischen Viskosität der Segmente der Polymerketten. Der Transport von Ionen entlang Polymerketten muss zwei Aktivierung Barrieren zu überwinden, beide sind in den 6 und 7 gezeigt. Eine davon ist die Solvatation der Ionen von den koordinierenden EO-Einheiten. Dieses Verfahren umfasst die Bildung und das Brechen von chemischen Bindungen hat Arrhenius Abhängigkeit, und die Leitfähigkeit ist gegeben durch σ A (E a / kT) wobei σ die Leitfähigkeit ist, A eine Konstante ist und E a die Aktivierungsenergie mit den Bindungen verbunden. Da Ionen von den Koordinationsstellen distanzieren müssen, um in dem festen Polymer bewegen, sofern die Schuldverschreibungen zu stark sind, werden die Kationen unbeweglich. Die Kation-Polymer-Bindungen müssen stark genug sein, für Salz Auflösung, aber schwach genug to ermöglichen Kation Mobilität. </li><li> Der Transport von Ionen von einer Koordinationsstelle zur anderen. Dieses Verfahren zur Segmentbewegung des Polymers bezogen, hat Vogel-Tammanns-Fulcher (VTF) Abhängigkeit 22-25, und die Leitfähigkeit ist, wobei T 0 eine Referenztemperatur ist im Allgemeinen ausgewählt, um 50 K unterhalb T g betragen. Diese Gleichung zeigt, dass die thermische Bewegung oberhalb von T 0 trägt zur Prozess transportieren und schneller Bewegung ist für Polymer mit niedriger T g erwartet. Die VTF Verfahren zum T g bezogen ist, damit geschwindigkeitsbestimmende bei niedrigen Temperaturen. Bei hohen Temperaturen wird die segmentale Bewegung facile genug, dass die Arrhenius Prozess geschwindigkeitsbestimmend wird. </li></ol>

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</ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Die LiFePO 4 / GCE / Li Kurven zeigen größer als die Überspannung LiFePO 4 / LP30/Li Kurven sowohl auf Ladung und Entladung. Da die GCE sowohl als Elektrolyt und Bindemittel verwendet wird, wird die Ionenleitung zu allen Kathode Teilchen vorgesehen ist und nahezu der gesamte praktische spezifische Kapazität (150 mAh / g) zugänglich war. Die theoretische spezifische Kapazität von 170 mAh / g nicht erreicht wird, da es eine Lithium-Diffusion im LiFePO 4-Partikel, die niedrig ist, bei Raumt...

Lithium (Li) ist ein sehr elektropositiven Metall (-3.04 V relativ zur Standard-Wasserstoff-Elektrode) und das leichteste Metall (Äquivalentgewicht von 6,94 g / mol und relative Dichte von 0,53 g / cm 3). Dies macht es attraktiv als eine Wahl für das aktive Material in der negativen Elektrode und ideal für tragbare Energiespeicher denen Größe und Gewicht Materie. Abbildung 1 zeigt, dass Lithium-Batterien (Li-Ion, plion und Li-Metall) eine höhere Energiedichte haben als Blei-Säure-, Nickel-Cadmium und Nickel-Metall-Hydrid-Batterien 1. Eine vollständige Lithium-Ionen-Batterie besteht aus einer Kathode (positive), eine Anode (negative), einen Elektrolyten und einen Separator (2). Sowohl die Kathode und die Anode sind Einlagerungsverbindungen, wobei Li-Ionen einlagern oder reversibel de-interkaliert (wenn die Anode aus Kohlenstoff, interkaliert Li als neutrale Li). Der Elektrolyt bietet Ionenleitung und isoliert electronic Leitung zwischen den Elektroden. Der Separator ist für Ionen durchlässig, aber mechanisch starr mit den beiden Elektroden einen Kurzschluss zu halten. Wenn sich die Zelle in einem voll geladenen Zustand alle Li hat in der Anode interkaliert, und wenn die Zelle in einen vollständig entladenen Zustand alle Li-Ionen in der Kathode interkaliert. Während der spontanen Reaktion Entladen Elektronen fließen von der Anode zu der Kathode durch einen äußeren Stromkreis zum Antrieb eines Gerätes, während die Ionen fließen von der Anode zu der Kathode durch den Elektrolyten. Die Ionen und Elektronen an der Kathode rekombinieren zu erhalten Ladungsausgleich. Beim Laden ist der Ablauf umgekehrt. Die meisten Lithium-Ionen-Batterie-Entwicklung bis heute auf Kathodenmaterialien konzentriert, weil sie die Energiedichte der Batterie anstatt auf den Elektrolyten, die meist gleich geblieben seit Jahrzehnten bestimmen. Der Elektrolyt ist ein Kernstück der Batterie, da es die allgemeine Leistungsfähigkeit aufgrund impedan wirktce sowohl durch den Elektrolyten selbst und an den Elektroden-Elektrolyt-Schnittstellen. Der Elektrolyt in Li-Ionen-Batterien in der Regel aus einem Salz des Typs LiX und einem nicht-wässrigen Lösungsmittel. Im Vergleich zu den wässrigen Elektrolyten in anderen elektrochemischen Systemen verwendet werden, sind die Nachteile von Li-Ionen-Elektrolyte niedriger Leitfähigkeit, höhere Kosten, Entflammbarkeit und Umweltprobleme. Vorteile umfassen einen weiten Temperaturbereich (über dem der Elektrolyt eine Flüssigkeit bleibt) von -150 ° C bis 300 ° C, eine große Spannung Fenster (bis zu 5 V gegen Li / Li +) und eine bessere Kompatibilität mit Elektroden (wässrigen Elektrolyten würde reagieren heftig mit Li-Metall und Form LiOH und Wasserstoff) 2, 3, 4-6. Die wichtigsten nicht-wässrigen Elektrolyten in Batterien verwendet werden, umfassen organische Carbonat-basierende Flüssigkeiten, Polymere, ionische Flüssigkeiten und Keramik. Diese Elektrolyte müssen bestimmte Vorgaben erfüllen, um in der Praxis Li-Ionen-Bat verwendet werdenes. Sie verfügen über eine Leitfähigkeit von mindestens 10 mS / cm, eine große elektrochemische Fenster (&gt; 4,5 V für Hochspannung Kathoden), niedriger Dampfdruck, gute thermische und chemische Stabilität, geringe Toxizität und niedrige Kosten. Für bestimmte Anwendungen streng wie die Elektrofahrzeuge, müssen all diese Vorgaben über einen weiten Temperaturbereich eingehalten werden, typischerweise von -20 ° C bis 60 ° C. Da der Fokus dieser Arbeit ist auf organische und polymere Elektrolyte, wird der Rest dieses Papier auf diesen Elektrolyten konzentrieren. Carbonat Elektrolyte bestehen aus einem Lithiumsalz in einem organischen Lösungsmittel gelöst. Jedoch ist es für ein Lösungsmittel, um alle Anforderungen zu erfüllen schwierig. Beispielsweise Lösungsmittel mit niedrigem Dampfdruck, wie Ethylencarbonat (EC) und Propylencarbonat (PC), in der Regel höhere Viskositäten aufweisen, was zu niedrigeren Leitfähigkeit. Auch EC ist ein bei Raumtemperatur festes, das fordert, dass sie mit einem anderen Lösungsmittel kombiniert werden. Im Allgemeinen wird das Elektrolytist eine Kombination aus mehreren Lösungsmitteln. Die gängigen Lösungsmitteln und einige ihrer physikalischen Eigenschaften sind in Tabelle 1 aufgelistet. <table border="1"><tbody><tr><td> Name </td><td> Schmelztemperatur (° C) </td><td> Boiling Temperatur (° C) </td><td> Viskosität (mPa * s) </td></tr><tr><td> Dimethylcarbonat (DMC) </td><td> 4.6 </td><td> 90 </td><td> 0.5902 (25 ° C) </td></tr><tr><td> Diethylcarbonat (DEC) </td><td> -43 </td><td> 126,8 </td><td> 0.7529 (25 ° C) </td></tr><tr><td> Ethylencarbonat (EC) </td><td> 36.5 </td><td> 238 </td><td> 1.9 (40 ° C) </td></tr><tr><td> Propylencarbonat (PC) </td><td> -54,53 </td><td> 242 </td><td> 2.512 (25 ° C) </td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Gemeinsame Carbonatlösungsmittel 7. Safer Stellvertreter organic Elektrolyte Polymer Elektrolyte basiert. Polymer Elektrolyte Dünnschichten, nichtflüchtigen, nicht brennbar, und ihrer Flexibilität zu walzenden und ausgedruckt werden auf einem großen kommerziellen Maßstab. Wright, et al. Erstmals gezeigt werden Ionenleitung in Poly (ethylenoxid)-Komplexe (PEO) 1973. Es wurde später entdeckt, dass die Sicherheitsbedenken mit Dendritenwachstum auf Li-Metall in flüssigem Elektrolyt verbunden mit PEO-basierten festen Polymer-Elektrolyten, die das Wachstum von Dendriten 8-17 unterdrückt werden konnte gelöst werden. Es gibt drei Haupttypen von Polymer Elektrolyte: (1) lösemittelfrei trockenen festen Polymer, (2) Gel Elektrolyte, und (3) Weich-Polymer, mit einem lösungsmittelfreien trockenen Synthese in unserer Arbeit verwendet. Dieses Papier wird zu diskutieren (a) das Lösungsmittel frei trockene Polymer-Synthese, (b) das Polymer Leitungsmechanismus, und (c) bieten Temperaturwechsel sowohl für feste Polymer und organischen Elektrolyten.

<table><tbody><tr><td>POEM</td><td>Sigma Aldrich</td><td>26915-72-0</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>POEA</td><td>Sigma Aldrich</td><td>32171-39-4</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>LiTFSI</td><td>Sigma Aldrich</td><td>90076-65-6</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>AIBN</td><td>Sigma Aldrich</td><td>78-67-1</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>EA</td><td>Sigma Aldrich</td><td>141-78-6</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>THF</td><td>Sigma Aldrich</td><td>109-99-9</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Gelest</td><td>146632-07-7</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Argongas</td><td>Luft Gas</td><td></td><td>Ultra hohe Reinheit (Klasse 5)</td></tr><tr><td>PE</td><td>Sigma Aldrich</td><td>8032-32-4</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>LiFePO4</td><td>Gelon</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Ruß</td><td>SuperP</td><td>Super P</td><td></td></tr><tr><td>Lithium Metall</td><td>Alfa Aesar</td><td>7439-93-2</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>PVDF Bindemittel Harz</td><td>Kynar</td><td></td><td>Kynar</td></tr><tr><td>PVDF Separator</td><td>Celgard</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>LP30</td><td>Merck</td><td></td><td>LiPF6 in EC:DMC</td></tr><tr><td>MACCOR Batterietester</td><td>MACCOR</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>El-Cut</td><td>EL-CELL</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

solid-state-graft copolymer elektrolyte für lithium-batterie-anwendungen

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

Akkusicherheit war ein sehr wichtiges Forschungsgebiet in der letzten Dekade. Im Handel erhältliche Lithium-Ionen-Batterien verwenden niedrigen Flammpunkt (&lt;80 ° C), brennbare und flüchtige organische Elektrolyte. Diese organischen Elektrolyten auf Systeme sind bei Umgebungstemperaturen lebensfähigen, aber gekühlt werden müssen, um sicherzustellen, dass die Temperaturen nicht über 80 ° C. Diese Kühlsysteme eher Batterie Kosten erhöhen und Fehlfunktionen, die Fehlfunktion der Batterie und Explosionen führen können, damit menschliches Leben gefährden. Erhöht der Erdölpreise führen zu einer großen Nachfrage nach sicheren, Elektro-Hybrid-Fahrzeuge, die mehr wirtschaftlich zu betreiben, da die Ölpreise weiter steigen werden. Bestehende organischer Basis Elektrolyte in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, sind nicht für hohe Temperaturen in Automobil-Anwendungen. Eine sicherere Alternative zu organischen Elektrolyten ist Festpolymerelektrolyte. Diese Arbeit beleuchtet die Synthese eines Pfropfcopolymerisats Elektrolyten (GCE) Poly (oxyethylene) Methacrylat (POEM) zu einem Block mit einer niedrigeren Glasübergangstemperatur (T g) Poly (oxyethylen) Acrylat (POEA). Die Leitung Mechanismus diskutiert worden, und es hat sich gezeigt, das Verhältnis zwischen Polymer und Segmentbewegung Ionenleitfähigkeit tatsächlich eine Vogel-Tammanns-Fulcher (VTF) abhängig. Batterien, die im Handel erhältlich LP30 organischen (LiPF6 in Ethylencarbonat (EC): Dimethylcarbonat (DMC) im Verhältnis 1:1) und GCE waren bei Raumtemperatur gefahren. Es wurde festgestellt, dass bei Raumtemperatur, die Batterien enthalten GCE eine größere Überspannung zeigte, wenn sie LP30 Elektrolyten verglichen. Jedoch bei Temperaturen über 60 ° C, zeigte die Zelle GCE viel niedriger Überspannung durch schnelle Polymer-Elektrolyt-Leitfähigkeit und nahezu das gesamte theoretische spezifische Kapazität von 170 mAh / g wurde abgerufen.

Die Raumtemperatur Zellzyklus Leistung ist in Abbildung 8 dargestellt. Die linke Darstellung zeigt den Lade-und Entlade-Profile von Zellen mit konventionellen flüssigen Elektrolyten (LP30) bei 15 mA / g, und GCE / Bindemittel bei 10 mA / g. Abbildung 9 zeigt die Entladespannung Profile der festen Polymer-Zellen bei Raumtemperatur, 60 ° C und 120 ° C mit einem geringen Strom von 0,05 C. Die Entladeschlussspannung Profile als Funktion der spezifischen Kapazität sind in Abbildung 1...

Lithium-Ionen-Batterien verwenden brennbare und flüchtige organische Elektrolyte, die für Umgebungstemperatur Anwendungen sind. Eine sicherere Alternative zu organischen Elektrolyte sind feste Polymer-Batterien. Solide Polymer-Batterien betrieben werden sicher bei hohen Temperaturen (&gt; 120 ° C), wodurch sie für Hochtemperatur-Anwendungen wie tiefe Ölbohrungen und Hybridfahrzeuge. Dieses Papier wird zu diskutieren (a) das Polymer Synthese, (b) das Polymer Leitungsmechanismus, und (c) bieten Temperaturwechsel sowohl für feste Polymer und organischen Elektrolyten.

Solid-State-Graft Copolymer Elektrolyte für Lithium-Batterie-Anwendungen

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, feste Polymer-Lithium-Batterien herzustellen. Zunächst wird ein Pfropf-Polymer mittels einer radikalischen Polymerisation synthetisiert, anschließend wird die Kathode mit Lithiumpulvern beschichtet. Danach wird das feste Polymer sowohl auf der Kathode als auch auf der Lithium-Metall-Anode aufgebracht.Bauen Sie nun die Kathode und Anode zu einer Vollzelle zusammen. Der Leitfähigkeitstest dient dazu zu zeigen, dass das feste Polymer als Elektrolyt fungieren kann. Wir hatten die Idee zu dieser Methode zunächst, weil wir die Benetzung zwischen den Kathodenpartikeln und dem Polymerelektrolyten verbessern wollten.Und dies erreichten wir, indem wir das Polymer auch als Kathodenbinder zur Synthese der Kathodenmischung verwendeten. Lithiumeisenphosphat-Pulver wurden gemeinsam mit Ruß in einem Kugelmühle gemahlen und das Gemisch in der Pfropfcopolymer-Elektrolytlösung im Gewichtsverhältnis fünf zu eins zu eins gelöst. Die Aufschlämmung wurde unter kontinuierlichem Rühren bei offenem Verschluss auf 80 Grad Celsius erhitzt. Anschließend wurde die Aufschlämmung ultraschallbehandelt und magnetisch gerührt, um eine gleichmäßige Durchmischung sicherzustellen.Tragen Sie nun die Suspension mit einem Doctor Blade bei einem Beladungsfaktor von 10 Milligramm pro Quadratzentimeter auf die Aluminiumfolie auf. Trocknen Sie die Verbundkathode über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 Grad Celsius, um restliches Tetrahydro und Feuchtigkeit zu entfernen. Bringen Sie die Verbundkathode in eine mit Argon gefüllte Handschuhbox und stanzen Sie daraus mit einer hochpräzisen Elektrodenstanzmaschine kleine Scheiben mit einer Fläche von 1,4 Quadratzentimetern.Anschließend wird reine GCE-Lösung mittels Tropfenabgabe auf die Elektrodenscheiben aufgebracht, um die Elektrolytschicht zu bilden. Die fertigen Kathodenelektrolytscheiben werden anschließend in der Handschuhbox auf einer Heizplatte mit einem Taupunkt von 80 Grad Celsius erhitzt, um das THF zu verdampfen. Nun werden mit einem manuellen Schließwerkzeug CR 2 0 3 2 Knopfzellen zusammen mit gleichgroßen, mit GCE beschichteten metallischen Lithiumscheiben montiert.Um die Leistung zu vergleichen, stellen Sie einen zweiten Satz Zellen her, die aus denselben Lithiumeisenphosphatpulvern und einer Lithium-Metall-Anode bestehen. Verwenden Sie jedoch Harz des Bindemittels A-P-V-D-F, Separator aus A-P-V-D-F und einen flüssigen Elektrolyten mit einer Konzentration von einem molaren Lithiumhexafluorophosphat in einem Verhältnis von EC zu DMC von eins. Führen Sie nun die Zyklierungstests bei Raumtemperatur mit einem 32-Kanal-Mac-4.000-Batterietester durch.Lithiumbatterien weisen eine höhere Energiedichte auf als Blei-Säure-, Nickel-, Cadmium- und Nickel-Metallhydrid-Batterien. Eine vollständige Lithium-Ionen-Batterie besteht aus einer Kathode und einer Anode, einem Elektrolyten sowie einem Separator. Der Elektrolyt beeinflusst die gesamte Leistungsfähigkeit aufgrund der Impedanz, sowohl durch den Elektrolyten selbst als auch an den Grenzflächen zwischen Elektrode und Elektrolyt.In diesem Beispiel wurden die beiden Monomere POEM und PDMS verwendet, um ein Pfropfcopolymer mit einem endgültigen Molekulargewicht von 500.000 Gramm pro Mol herzustellen. Die Knopfzelle wurde wie in diesem Schema dargestellt zusammengesetzt, das graue Partikel aus Lithiumeisenphosphat, schwarze Kohlenstoffpartikel, blaue Spaghetti, GCE und eine Anode aus Lithiummetall zeigt. Im Gegensatz zur Flüssigkeit müssen Ionen beim Transport entlang der Polymerketten zwei Aktivierungsbarrieren überwinden.Die Stabilisierung der Ionen durch die koordinierenden EO-Einheiten weist unsere stärkste Abhängigkeit auf, und die segmentale Bewegung des Polymers zeigt eine VLE-Toman-Vulture-Abhängigkeit. Diese Daten zur Zellzyklusleistung bei Raumtemperatur zeigen die Lade- und Entladeprofile von Zellen mit herkömmlichem flüssigem Elektrolyten bei 15 Milliampere pro Gramm und einem Pfropfcopolymer-Elektrolyt-Binder bei 10 Milliampere pro Gramm. Wie erwartet, sind die Entladespannungsprofile der Festpolymerzellen temperaturabhängig bei unterschiedlichen Entladeströmen.Die Entladespannungsprofile können als Funktion der spezifischen Kapazität dargestellt werden. Beachten Sie, dass bei höheren Temperaturen eine bessere Leistung erzielt wird. Die Energiedichten bei verschiedenen Leistungsdichten können als Ragone-Diagramm für Polymer- und Flüssigelektrolyt-Batterien dargestellt werden.Beachten Sie, dass feste Polymerbatterien bei hohen Temperaturen sicher betrieben werden können, wenn dieses Verfahren befolgt wird. Andere Methoden wie die Zählung und die Partikelgrößenanalyse können verwendet werden, um zusätzliche Fragen zu beantworten, beispielsweise bezüglich der Porosität der Kathoden und der Wirkung der Partikelgröße auf die Gesamtvariabilität der Batterie.

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Solid-State-Graft Copolymer Elektrolyte für Lithium-Batterie-Anwendungen

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