Los electrolitos copolímero de injerto de estado sólido para aplicaciones de batería de litio

Resumen

Baterías de iones de litio emplean electrolitos orgánicos inflamables y volátiles que son adecuados para aplicaciones de temperatura ambiente. Una alternativa más segura a los electrolitos orgánicos son las baterías de polímero sólido. Baterías de polímero de sólidos operar con seguridad a altas temperaturas (> 120 ° C), lo que los hace aplicable a aplicaciones de alta temperatura, tales como perforación de petróleo profundo y vehículos eléctricos híbridos. En este trabajo se discutirá (a) la síntesis del polímero, (b) el mecanismo de conducción de polímero, y (c) proporcionar los ciclos de temperatura para los dos polímero sólido y electrolitos orgánicos.

Resumen

Seguridad de la batería ha sido un área de investigación muy importante en la última década. Baterías de iones de litio disponibles comercialmente emplean punto de inflamación bajo (<80 ° C), inflamables y electrolitos orgánicos volátiles. Estos sistemas basados ​​en electrolitos orgánicos son viables a temperatura ambiente, pero requieren un sistema de enfriamiento para asegurar que las temperaturas no exceden de 80 ° C. Estos sistemas de refrigeración tienden a aumentar los costos de la batería y fallos de funcionamiento que puede conducir a un mal funcionamiento y explosiones de la batería, poniendo así en peligro la vida humana. Los aumentos en los precios del petróleo conducen a una gran demanda de vehículos híbridos, eléctricos seguros que sean económicamente más viables para operar ya que los precios del petróleo siguen aumentando. Existentes basados ​​en electrolitos orgánicos utilizados en las baterías de iones de litio no son aplicables a aplicaciones de automoción de alta temperatura. Una alternativa más segura a los electrolitos orgánicos es electrolitos de polímero sólido. En este trabajo se hará hincapié en la síntesis de un copolímero de injerto de electrolitos (GCE) de poli (oxyethylene) metacrilato (POEMA) a un bloque con una temperatura de transición vítrea inferior _(Tg) poli (oxietileno) acrilato (POEA). El mecanismo de conducción ha sido discutido y se ha demostrado la relación entre el polímero de movimiento segmentario y la conductividad iónica de hecho tiene un (VTF) la dependencia de Vogel-Fulcher-Tammann. Las baterías que contienen disponible comercialmente LP30 orgánica _(LiPF6 en carbonato de etileno (CE): carbonato de dimetilo (DMC) en una relación 1:1) y CME fueron ciclos a temperatura ambiente. Se encontró que a temperatura ambiente, las baterías que contienen la CME mostraron una mayor sobrepotencial en comparación con LP30 electrolito. Sin embargo a temperaturas mayores de 60 ° C, la célula de la CME exhibió mucho más bajo sobrepotencial debido a la rápida de electrolito de polímero de conductividad y se accedió a casi la capacidad específica teórica completa de 170 mAh / g.

Introducción

Litio (Li) es un metal muy electropositivo (-3,04 V con respecto al electrodo normal de hidrógeno), y el metal más ligero (peso equivalente de 6,94 g / mol y el peso específico de 0,53 g / cm ^3). Esto hace que sea atractivo como una opción para el material activo en el electrodo negativo y es ideal para dispositivos de almacenamiento de energía portátiles donde el tamaño y peso de materia. Figura 1 muestra que las baterías a base de litio (Li ion, plion, y Li de metal) tienen mayores densidades de energía de plomo-ácido, níquel-cadmio y de níquel-hidruro metálico ^1.

Un total de la batería de iones de....

Protocolo

1. Síntesis de Copolímero de Injerto ^18-19

1. Sintetizar los copolímeros de injerto (POEMA-g-PDMS y POEA-g-PDMS en relación en peso 70:30) usando un enfoque de polimerización por radicales libres mediante la mezcla de 26 ml de POEMA (o POEA) monómeros (Figura 3), 12 ml de macromonómeros PDMS , y 12 mg de 2,2 '-azobis (2-metilpropionitrilo) (AIBN) (monómero: iniciador [825:1]) en 160 ml de EE.
2. Sellar el matraz que contiene la solución clara con un septo de goma y se purga con argón de ultra alta pureza durante 45 min.
3. Calentar la solución a 72 ° C (AIBN tiene una tasa de descomposición de 3,2 x 10 ^-5

Resultados

La temperatura rendimiento ciclo celular habitación se muestra en la Figura 8. La trama izquierda muestra la carga y descarga de los perfiles de las células con electrolito líquido convencional (LP30) a 15 mA / g, y la CME / aglutinante a 10 mA / g. Figura 9 muestra los perfiles de tensión de descarga de las células de polímero sólido a temperatura ambiente, 60 ° C, y 120 ° C utilizando una corriente baja de 0,05 C. Los perfiles de tensión de descarga como funciones de capacidad específ.......

Discusión

Las curvas LiFePO ₄ / GCE / Li muestran mayor sobrepotencial de las curvas LiFePO ₄ / LP30/Li tanto en carga y descarga. Dado que la CME se utiliza como electrolito y el aglutinante, se proporciona la conducción de iones de todas las partículas de cátodo, y casi toda la capacidad específica práctico (150 mAh / g) era accesible. La capacidad teórica específica de 170 mAh / g no se logra ya que está limitada por la difusión de litio dentro de LiFePO ₄ partículas, que es baja a temperatura .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
POEMA	Sigma Aldrich	26915-72-0
POEA	Sigma Aldrich	32171-39-4
LiTFSI	Sigma Aldrich	90076-65-6
AIBN	Sigma Aldrich	78-67-1
EA	Sigma Aldrich	141-78-6
THF	Sigma Aldrich	109-99-9
PDMS	Gelest	146632-07-7
Gas argón	Aire Gas Pureza		ultra alta (Grado 5)
PE	Sigma Aldrich	8032-32-4
LiFePO4	Gelon
Negro de humo	SuperP		Super
P Litio metálico	Alfa Aesar	7439-93-2
resina aglutinante de PVDF	Kynar		Kynar
Separador de PVDF	Celgard
LP30	Merck		LiPF6 en EC:DMC
MACCOR probador de baterías	MACCOR
El-Cut	EL-CELL