A stato solido innesto elettroliti Copolimero per Batterie di litio Applicazioni

Sommario

Batterie agli ioni impiegano elettroliti organici infiammabili e volatili che sono adatti per applicazioni a temperatura ambiente. Un'alternativa più sicura per elettroliti organici sono batterie ai polimeri solidi. Batterie di polimero solido operare in sicurezza alle alte temperature (> 120 ° C), rendendoli così applicabile alle applicazioni ad alta temperatura come foratura profonda petrolio e veicoli elettrici ibridi. Questo documento illustra (a) la sintesi del polimero, (b) il meccanismo di conduzione polimero, e (c) prevedere cicli di temperatura sia per il polimero solido ed elettroliti organici.

Abstract

Sicurezza della batteria è stato un settore di ricerca molto importante negli ultimi dieci anni. Batterie agli ioni di litio disponibili in commercio impiegano basso punto di infiammabilità (<80 ° C), infiammabili, e gli elettroliti organici volatili. Questi sistemi elettrolitici a base organica sono vitali a temperatura ambiente, ma necessitano di un sistema di raffreddamento per assicurare che le temperature non superano i 80 ° C. Questi sistemi di raffreddamento tendono ad aumentare i costi della batteria e possono malfunzionamento che può portare a malfunzionamenti della batteria e le esplosioni, mettendo così in pericolo la vita umana. Gli aumenti dei prezzi del petrolio portano a una grande domanda di sicurezza, i veicoli ibridi elettrici che sono economicamente più vitale per operare come i prezzi del petrolio continuano a salire. Esistenti a base di elettroliti organici utilizzati in batterie agli ioni di litio non sono applicabili alle applicazioni automobilistiche ad alta temperatura. Un'alternativa più sicura per elettroliti organici è elettroliti polimerici solidi. Questo lavoro metterà in luce la sintesi di un copolimero ad innesto elettrolita (GCE) poli (oxyethylene) metacrilato (POEM) a un blocco con una temperatura di transizione vetrosa minore (T _g) poli (ossietilene) acrilato (POEA). Il meccanismo di conduzione è stato discusso ed è stato dimostrato il rapporto tra movimento del segmento polimero e conducibilità ionica presenta in effetti una Vogel-Tammann-Fulcherio (VTF) dipendenza. Le batterie contenenti disponibile in commercio LP30 organica (LiPF ₆ in carbonato di etilene (CE): dimetil carbonato (DMC) con un rapporto di 1:1) e GCE erano pedalato a temperatura ambiente. Si è riscontrato che, a temperatura ambiente, le batterie contenenti GCE mostrato una maggiore overpotential rispetto al LP30 elettrolita. Tuttavia a temperature superiori a 60 ° C, la cella GCE esposto molto inferiore overpotential dovuti al veloce elettrolita polimerico conducibilità e quasi l'intera capacità specifica teorica di 170 mAh / g è stato raggiunto.

Introduzione

Litio (Li) è un metallo altamente electropositive (-3,04 V rispetto all'elettrodo standard a idrogeno), e il metallo leggero (peso equivalente di 6,94 g / mol e peso specifico di 0.53 g / cm ^3). Questo lo rende attraente come una scelta per il materiale attivo dell'elettrodo negativo e ideale per i dispositivi di accumulo di energia portatile in cui le dimensioni e il peso questione. Figura 1 mostra che le batterie a base di litio (Li Ion, plion, e Li metallo) hanno densità di più alta energia rispetto al piombo, al nichel-cadmio e al nichel-metallo-idruro ^1.

Una batteria al litio pieno consi....

Protocollo

1. Graft Copolimero Sintesi ^18-19

1. Sintetizzare i copolimeri ad innesto (POEM-g-PDMS e POEA-g-PDMS a 70:30 rapporto di peso) utilizzando un approccio libero polimerizzazione radicalica miscelando 26 ml di POEM (o POEA) monomeri (Figura 3), 12 ml di PDMS macromonomeri , e 12 mg di 2,2 '-azobis (2-methylpropionitrile) (AIBN) (monomero: iniziatore [825:1]) in 160 ml di EA.
2. Sigillare il pallone contenente la soluzione limpida con un setto di gomma e spurgo con ultra elevata purezza argon per 45 min.
3. Riscaldare la soluzione a 72 ° C (AIBN ha un tasso di decomposizione di 3,2 x 10 ^-5 sec ^-1)

Risultati

La prestazione ciclistica cella temperatura ambiente è mostrato in Figura 8. La trama di sinistra mostra la carica e profili di scarica delle celle con elettrolita liquido convenzionale (LP30) a 15 mA / g, e GCE / legante a 10 mA / g. Figura 9 mostra i profili di tensione di scarica delle celle polimeriche solide a temperatura ambiente, 60 ° C e 120 ° C utilizzando una bassa corrente di 0,05 C. I profili di tensione di scarica come funzioni di capacità specifica sono mostrati in

Discussione

Le LiFePo ₄ / GCE / Li curve mostrano maggiore overpotential rispetto alle LiFePo ₄ / LP30/Li curve su entrambi carica e scarica. Poiché il GCE è utilizzato sia come elettrolita e legante, ione di conduzione viene fornita per tutte le particelle catodo, e quasi l'intera capacità specifica pratica (150 mAh / g) era accessibile. La capacità specifica teorica di 170 mAh / g non è raggiunto in quanto è limitata dalla diffusione di litio all'interno LiFePo ₄ particelle, che è bassa a .......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
POESIA	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
Argon Gas	Aria Ultra		elevata purezza (Grado 5)
PE	Sigma Aldrich	8032-32-4
LiFePO4	Gelon
Nero carbone	SuperP		Super P
Litio metallico	Alfa Aesar	7439-93-2
Resina legante PVDF	Kynar Kynar
PVDF Separatore	Celgard
LP30	Merck		LiPF6 in EC:DMC
MACCOR tester per batterie	MACCOR
El-Cut	EL-CELL		®