Name: A stato solido innesto elettroliti Copolimero per Batterie di litio Applicazioni (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-08-12T12:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 33 s
Description: Scopri la sintesi di polimeri innestati per batterie al litio a polimero solido mediante polimerizzazione radicalica. Questo metodo migliora l'interazione elettrolito-catodo e garantisce stabilità termica in applicazioni ad alta temperatura.

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Gli autori desiderano ringraziare Weatherford International per fornire un sostegno finanziario.

1. Graft Copolimero Sintesi 18-19 <ol><li> 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 &#39;-azobis (2-methylpropionitrile) (AIBN) (monomero: iniziatore [825:1]) in 160 ml di EA. </li><li> Sigillare il pallone contenente la soluzione limpida con un setto di gomma e spurgo con ultra elevata purezza argon per 45 min. </li><li> Riscaldare la soluzione a 72 ° C (AIBN ha un tasso di decomposizione di 3,2 x 10 -5 sec -1) in un bagno d&#39;olio sotto costante agitazione per 24 h. </li><li> La soluzione inizialmente chiaro in genere è diventato visibilmente lattea entro 2 ore. Precipitare la soluzione finale in un solvente immiscibile, PE. Essiccare il polimero a 80 ° C sotto vuoto inferiore a 5 mTorr per 5 giorni per rimuovere l&#39;umidità residua. </li><li> È stato trovato che se il polimero fosse not asciugato correttamente, l&#39;umidità eccessiva porterebbe alla formazione di crepe quando il polimero è stato colato in film sottili. </li><li> Il copolimero ad innesto finale (mostrato in Figura 4) aveva un peso molecolare di 500.000 g / mol mediante cromatografia a permeazione di gel di polistirene standard di calibrazione. </li><li> Complesso il copolimero ad innesto con LiTFSI a Li: EO rapporto di 01:20 (1 g di POEM-g-PDMS (70:30) con 170 mg di LiTFSI) in un solvente comune di THF a formare l&#39;elettrolita. </li></ol> 2. Preparazione del catodo composito <ol><li> Sintetizzare il catodo mescolando pallone lavorato LiFePo 4 polveri (Linyi Gelone nuova batteria Materiali) e nero di carbonio (Super P), e sciogliere il composto in soluzione GCE con un rapporto peso di 5:01:01. </li><li> Riscaldare l&#39;impasto liquido a 80 ° C (aperto-protezione) sotto agitazione. Successiva sonicazione il liquame da agitazione magnetica per garantire la corretta miscelazione. Racla sul foglio di alluminio a un fattore di carico di 10 mg / cm 2 sulil foglio di alluminio per garantire una migliore laminazione all&#39;alluminio. </li><li> Essiccare il catodo composito in un forno sotto vuoto a 80 ° CO / N per rimuovere il THF residuo e umidità. </li></ol> 3. Coin Cell Preparazione e test <ol><li> Trasportare il catodo composito in un cassetto portaoggetti argon-riempita, e punch in piccoli dischi (area = 1.4 cm 2) con un alta precisione elettrodo taglierina EL-CUT (EL-CELL). Goccia gettato soluzione GCE puro (POEM-g-PDMS, LiTFSI, sia sciolto in THF) sui dischi di elettrodi per formare lo strato di elettrolita. </li><li> Scaldare i dischi finali catodo-elettroliti su una piastra calda all&#39;interno del vano portaoggetti con un punto di rugiada di -80 ° C per far evaporare il THF, e assemblare in pile a bottone CR2032 con dischi litio metallico di dimensioni uguali GCE rivestite (Sigma-Aldrich, spessore di 0,75 millimetri) utilizzando uno strumento di chiusura manuale (Hohsen). La cella è indicato schematicamente nella figura 5, dove le particelle grigio rappresentano LiFePO 4, il nero particelle reprisentirsi di carbonio, il blu &quot;gli spaghetti&quot; rappresenta il GCE, e l&#39;anodo è in metallo di litio. </li><li> Assemblare un secondo insieme di celle costituito dalle stesse LiFePo 4 polveri e anodo litio metallico, ma invece utilizzare resina legante PVDF (Kynar), separatore PVDF (Celgard), ed elettrolita liquido di 1 M LiPF 6 in EC: DMC a 1:1 rapporto (LP30, Merck), per confrontare le prestazioni. </li><li> Tutto assemblaggio è stato fatto in un cassetto portaoggetti con un punto di rugiada di -80 ° C. A 32 canali MACCOR 4000 tester della batteria è stata utilizzata per le prove cicliche a temperatura ambiente. </li></ol> 4. Polymer Conduzione Meccanismo <ol><li> I movimenti segmentali PEO sono tipicamente associati con la torsione intorno CC e legami CO. Il movimento del segmento semi-casuale assiste la conduzione di ioni formando e rompendo siti di coordinazione per gli ioni solvatate e fornendo volume libero per gli ioni di diffondere sotto l&#39;influenza del campo elettrico. L&#39;insorgenza del movimento segmentale verifica nel vicinity della temperatura di transizione vetrosa, Tg, e diventa più facile come la temperatura aumenta ulteriormente oltre la T g. A temperature più elevate, locali vuoti sono prodotte dall&#39;espansione polimero, permettendo segmenti di polimero di muoversi nel volume libero 19. </li><li> Poiché il movimento del segmento è molto più rapida nella fase amorfa sopra della T g che nella fase cristallina, trasporto ionico in polimero verifica prevalentemente nella fase amorfa. Tuttavia, recentemente Li + conduzione in cristallino (PEO) 6: LiAsF 6 è stato dimostrato, sebbene la conducibilità è più di due ordini di grandezza inferiore rispetto a PEO amorfa. La fase cristallina o amorfa del complesso PEO / sale dipende dalla composizione, temperatura, e metodo di preparazione 20-22. </li><li> A differenza di liquido, in cui gli ioni si muovono con la loro guaina solvente intatta e trasporto è legato alla viscosità macroscopica delsolvente; nel polimero solido, in cui le catene polimeriche sono sempre impigliato e non può muoversi su lunghe distanze, il trasporto ionico è legato alla viscosità microscopica dei segmenti delle catene polimeriche. Il trasporto di ioni lungo le catene polimeriche deve superare due barriere di attivazione, entrambi sono mostrati nelle figure 6 e 7. Una è la solvatazione degli ioni da parte delle unità di EO di coordinamento. Questo processo implica la formazione e la rottura dei legami chimici, ha Arrhenius dipendenza, e la conducibilità è data da σ A (E a / Kt) dove σ è la conducibilità, A è una costante, ed E a è l&#39;energia di attivazione associata ai legami. Perché gli ioni devono dissociarsi dai siti coordinamento per muoversi nel polimero solido, se i legami sono troppo forti, i cationi diventano immobile. Le obbligazioni cationico polimero devono essere abbastanza forte per la dissoluzione di sale, ma abbastanza debole to consentire la mobilità dei cationi. </li><li> Il trasporto di ioni è da un sito di coordinazione all&#39;altro. Questo processo è legato al movimento segmentale del polimero, ha Vogel-Tammann-Fulcherio (VTF) dipendenza 22-25, e la conducibilità è dove T 0 è una temperatura di riferimento generalmente scelto per essere sotto T 50 K g. Questa equazione suggerisce che moto termico sopra T 0 contribuisce al processo di trasporto, e la moto più veloce è previsto per il polimero a bassa T g. Il processo VTF è legato al T g, quindi limita la velocità a basse temperature. A temperature elevate, il movimento del segmento diventa abbastanza facile che il processo di Arrhenius diventa rate limiting. </li></ol>

<ol><li>Tarascon, J. M., Armand, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Issues+and+challenges+facing+rechargeable+lithium+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Issues and challenges facing rechargeable lithium batteries.</a> Nature. 414 (6861), 359-367 (2001).</li>
<li>Scrosati, B., Hassoun, J., Sun, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lithium-ion+batteries.+A+look+into+the+future%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Lithium-ion batteries. A look into the future.</a> Energy Environ. Sci. 4 (9), 3287-3295 (2011).</li>
<li>Goodenough, J. B., Kim, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Challenges+for+rechargeable+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Challenges for rechargeable batteries.</a> J. Power Sources. 196 (16), 6688-6694 (2011).</li>
<li>Wang, Y., He, P., Zhou, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Olivine+LiFePO4%3A+development+and+future%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Olivine LiFePO4: development and future.</a> Energy Environ. Sci. 4 (3), 805-817 (2011).</li>
<li>Bruce, P. G., Scrosati, B., Tarason, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanomaterials+for+rechargeable+lithium+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem%22%5BJournal%5D)">Nanomaterials for rechargeable lithium batteries.</a> Angew. Chem. 47 (16), 2930-2946 (2008).</li>
<li>Choi, N., Yao, Y., Cui, Y., Cho, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One+dimensional+Si%2FSn+-+based+nanowires+and+nanotubes+for+lithium-ion+energy+storage+materials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Chem%22%5BJournal%5D)">One dimensional Si/Sn - based nanowires and nanotubes for lithium-ion energy storage materials.</a> J. Mater. Chem. 21 (27), 9825-9840 (2011).</li>
<li>Jeong, G., Kim, Y. U., Kim, H., Kim, Y. J., Sohn, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prospective+materials+and+applications+for+Li+secondary+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Prospective materials and applications for Li secondary batteries.</a> Energy Environ. Sci. 4 (6), 1986-2002 (2011).</li>
<li>Walker, C. W., Salomon, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+of+ionic+conductivity+in+plasticized+PEO-Based+solid+polymer+electrolytes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Improvement of ionic conductivity in plasticized PEO-Based solid polymer electrolytes.</a> J. Electrochem. Soc. 140 (12), 3409-3412 (1993).</li>
<li>Daniels, C., Besenhard, J. O. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDaniels%2C+C+%22Handbook+of+battery+materials%22">Handbook of battery materials</a>. , Wiley-VCH GmbH & Co. Weinheim. (2011).</li>
<li>Bard, A. J., Faulkner, L. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBard%2C+AJ+%22Electrochemical+methods%3A+fundamentals+and+applications%22">Electrochemical methods: fundamentals and applications</a>. , 2nd, John Wiley and sons. New York. 864(2001).</li>
<li>Newman, J., Thomas-Alyea, K. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNewman%2C+J+%22Electrochemical+systems%22">Electrochemical systems</a>. , Wiley-Interscience. Hoboken. 672(2004).</li>
<li>Zu, C., Li, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermodynamic+analysis+on+energy+densities+of+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Thermodynamic analysis on energy densities of batteries.</a> Energy Environ. Sci. 4 (8), 2614-2624 (2011).</li>
<li>Balbuena, P., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBalbuena%2C+P+%22Lithium-ion+Batteries%3A+solid-electrolyte+interphase%22">Lithium-ion Batteries: solid-electrolyte interphase</a>. , Imperial College Press. London. (2004).</li>
<li>Appetecchi, G. B., Scaccia, S., Passerini, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+on+the+Stability+of+the+Lithium-Polymer+Electrolyte+Interface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Investigation on the Stability of the Lithium-Polymer Electrolyte Interface.</a> J. Electrochem. Soc. 147 (12), 4448-4452 (2000).</li>
<li>Bruce, P. G., Krok, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterisation+of+the+electrode%2Felectrolyte+interfaces+in+cells+of+the+type+Li%2FPEO+LiCF3SO3%2FV6O13+by+ac+impedance+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Solid+State+Ionics%22%5BJournal%5D)">Characterisation of the electrode/electrolyte interfaces in cells of the type Li/PEO LiCF3SO3/V6O13 by ac impedance methods.</a> Solid State Ionics. 36 (3-4), 171-174 (1989).</li>
<li>Huggins, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHuggins%2C+R+%22Energy+Storage%22">Energy Storage</a>. , Springer. New York. 400(2010).</li>
<li>Lee, S., Schömer, M., Peng, H., Page, K. A., Wilms, D., Frey, H., Soles, C. L., Yoon, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlations+between+ion+conductivity+and+polymer+dynamics+in+hyperbranched+poly%28ethylene+oxide%29+llectrolytes+for+lithium-ion+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Mater%22%5BJournal%5D)">Correlations between ion conductivity and polymer dynamics in hyperbranched poly(ethylene oxide) llectrolytes for lithium-ion batteries.</a> Chem. Mater. 23 (11), 2685-2688 (2011).</li>
<li>Trapa, P. E., Reyes, A. B., Das Gupta, R. S., Mayes, A. M., Sadoway, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polarization+in+cells+containing+single-ion+graft+copolymer+electrolytes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Polarization in cells containing single-ion graft copolymer electrolytes.</a> J. Electrochem. Soc. 153 (6), 1098-1101 (2006).</li>
<li>Trapa, P. E., Won, Y. Y., Mui, S. C., Olivetti, E. A., Huang, B., Sadoway, D. R., Mayes, A. M., Dallek, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rubbery+graft+copolymer+electrolytes+for+solid-state+thin-film+lithium+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Rubbery graft copolymer electrolytes for solid-state thin-film lithium batteries.</a> J. Electrochem. Soc. 152 (1), A1-A5 (2005).</li>
<li>Walker, C. W., Salomon, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+of+ionic+conductivity+in+plasticized+peo-based+solid+polymer+electrolytes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Improvement of ionic conductivity in plasticized peo-based solid polymer electrolytes.</a> J. Electrochem. Soc. 140 (12), 3409-3412 (1993).</li>
<li>Bard, A. J., Faulkner, L. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBard%2C+AJ+%22Electrochemical+methods%3A+fundamentals+and+applications%22">Electrochemical methods: fundamentals and applications</a>. , 2nd, John Wiley and sons. New York. 864(2001).</li>
<li>Michnick, R. B., Rhoads, K. G., Sadoway, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relative+dielectric+constant+measurements+in+the+butyronitrile-chloroethane+system+at+subambient+temperatures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Electrochem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Relative dielectric constant measurements in the butyronitrile-chloroethane system at subambient temperatures.</a> J. Electrochem. Soc. 144 (7), 2392-2398 (1997).</li>
<li>Orazem, M. E., Tribollet, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOrazem%2C+ME+%22Electrochemical+impedance+spectroscopy%22">Electrochemical impedance spectroscopy</a>. , John Wiley & Sons. Hoboken. (2008).</li>
<li>Cogger, N. D., Evans, N. J. An introduction to electrochemical impedance measurement. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCogger%2C+ND+%22Technical+Note%2C+Solartron+Analytical+Technical+Report%22">Technical Note, Solartron Analytical Technical Report</a>. No. 6, Available for download at: <a target="_blank" href="http://www.solartronanalytical.com/Literature/Technical-Notes.aspx">http://www.solartronanalytical.com/Literature/Technical-Notes.aspx</a> (1999).</li>
<li>Marzantowiz, M., Dygas, J. R., Krok, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impedance+of+interface+between+PEO%3ALiTFSI+polymer+electrolyte+and+blocking+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochim.+Acta%22%5BJournal%5D)">Impedance of interface between PEO:LiTFSI polymer electrolyte and blocking electrodes.</a> Electrochim. Acta. 53 (25), 7417-7425 (2008).</li>
<li>Clarson, S. J., Semlyen, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+of+cyclic+and+linear+poly%28dimethyl-siloxanes%29%3A+21.+high+temperature+thermal+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Studies of cyclic and linear poly(dimethyl-siloxanes): 21. high temperature thermal behavior.</a> Polymer. 27 (1), 91-95 (1986).</li>
</ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

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&#39;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&#39;interno LiFePo 4 particelle, che è bassa a ...

Litio (Li) è un metallo altamente electropositive (-3,04 V rispetto all&#39;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&#39;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 consiste di un catodo (positivo), un anodo (negativo), un elettrolita, e un separatore (Figura 2). Sia il catodo e l&#39;anodo sono composti di intercalazione, dove Li-ioni possono intercalare o de-intercalare reversibilmente (se l&#39;anodo è carbonio Li intercala come Li neutro). L&#39;elettrolita fornisce conduzione ionica e isola elettroconduzione nic tra gli elettrodi. Il separatore è permeabile agli ioni, ma meccanicamente rigida di mantenere i due elettrodi da cortocircuito. Quando la cella è in uno stato di carica completa tutte le Li ha intercalate nella anodo, e quando la cella è in uno stato completamente scarica tutte le Li-ioni sono intercalati nel catodo. Durante la reazione spontanea, scarico flusso di elettroni dall&#39;anodo al catodo attraverso un circuito esterno per alimentare un dispositivo, mentre gli ioni flusso dall&#39;anodo al catodo attraverso l&#39;elettrolita. Gli ioni e gli elettroni si ricombinano al catodo di mantenere la neutralità di carica. Sulla ricarica, il flusso viene invertito. La maggior parte lo sviluppo delle batterie agli ioni di litio ad oggi si è concentrato su materiali catodici perché determinano la densità di energia della batteria piuttosto che su l&#39;elettrolita, che è rimasto per lo più la stessa da decenni. L&#39;elettrolito è un pezzo chiave della batteria in quanto influisce la capacità complessiva di alimentazione a causa di impedance sia attraverso l&#39;elettrolita stesso e alle interfacce elettrodo-elettrolita. L&#39;elettrolita utilizzato in batterie al litio consiste generalmente di un sale di tipo LiX e un solvente non acquoso. Rispetto agli elettroliti acquosi utilizzati in altri sistemi elettrochimici, gli svantaggi di Li-ion elettroliti sono conducibilità basso, il costo più alto, di infiammabilità, e problemi ambientali. Vantaggi comprendono un ampio intervallo di temperatura (su cui l&#39;elettrolita resta un liquido) da -150 ° C a 300 ° C, una finestra di tensione di larghezza (fino a 5 V contro Li / Li +), e una migliore compatibilità con elettrodi (elettrolita acquoso farebbe reagisce violentemente con Li metallo e forma LiOH e idrogeno) 2, 3, 4-6. I principali elettroliti non acquosi utilizzati nelle batterie comprendono liquidi organici a base di carbonato, polimeri, liquidi ionici, e ceramiche. Questi elettroliti devono rispondere a determinati parametri di riferimento da utilizzare in pratica agli ioni di litio Batteries. Essi comprendono una conducibilità di almeno 10 mS / cm, una grande finestra elettrochimica (&gt; 4,5 V per catodi alta tensione), bassa pressione di vapore, buona stabilità termica e chimica, bassa tossicità, e basso costo. Per alcune applicazioni severe come i veicoli elettrici, tutti questi parametri devono essere soddisfatti in un ampio intervallo di temperatura, tipicamente da -20 ° C a 60 ° C. Dal momento che l&#39;obiettivo di questo lavoro è di elettroliti organici e polimerici, il resto di questo articolo si concentrerà su questi elettroliti. Elettroliti a base di carbonato includono un sale di litio disciolto in un solvente organico. Tuttavia, è difficile per uno qualsiasi solvente a soddisfare tutti i requisiti. Per esempio, solventi a bassa tensione di vapore, quale carbonato di etilene (CE) e carbonato di propilene (PC), tendono ad avere una maggiore viscosità, portando ad abbassare la conduttività. Anche EC è un solido a temperatura ambiente, questo richiede di essere combinato con un altro solvente. Generalmente l&#39;elettrolitaè una combinazione di diversi solventi. I comuni solventi e alcune loro proprietà fisiche sono elencati nella Tabella 1. <table border="1"><tbody><tr><td> Nome </td><td> Temperatura di fusione (° C) </td><td> Temperatura di ebollizione (° C) </td><td> Viscosità (mPa * s) </td></tr><tr><td> Dimetil carbonato (DMC) </td><td> 4.6 </td><td> 90 </td><td> 0,5902 (25 ° C) </td></tr><tr><td> Carbonato etilico (DEC) </td><td> -43 </td><td> 126,8 </td><td> 0,7529 (25 ° C) </td></tr><tr><td> Carbonato di etilene (CE) </td><td> 36.5 </td><td> 238 </td><td> 1,9 (40 ° C) </td></tr><tr><td> Carbonato di propilene (PC) </td><td> -54,53 </td><td> 242 </td><td> 2.512 (25 ° C) </td></tr></tbody></table> Tabella 1. Solventi Carbonato comuni 7. Safer alterna alle orgaelettroliti nic sono elettroliti basati polimero. Elettroliti polimerici sono film sottili, non volatili, non è infiammabile, e la loro flessibilità permette loro di essere arrotolati e stampati su larga scala commerciale. Wright, et al. Complessi di conduzione di ioni prima dimostrato in poli (ossido di etilene)-sale (PEO) nel 1973. Successivamente si è scoperto che il problema di sicurezza associati con la crescita dei dendriti su Li metallo elettrolita liquido potrebbe essere risolto utilizzando PEO-based elettrolita polimerico solido, che ha soppresso la crescita dei dendriti 8-17. Ci sono tre principali tipi di elettroliti polimerici: (1) senza solventi secca polimero solido, (2) gel di elettroliti, e (3) plastificato polimero, con una sintesi asciutta libera solvente utilizzato nel nostro lavoro. Questo documento illustra (a) il solvente libera sintesi del polimero secco, (b) il meccanismo di conduzione polimero, e (c) prevedere cicli di temperatura sia per il polimero solido ed elettroliti organici.

<table><tbody><tr><td>POESIA</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>Argon Gas</td><td>Aria Ultra</td><td></td><td>elevata purezza (Grado 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>Nero carbone</td><td>SuperP</td><td></td><td>Super P</td></tr><tr><td>Litio metallico</td><td>Alfa Aesar</td><td>7439-93-2</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Resina legante PVDF</td><td>Kynar Kynar</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PVDF Separatore</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 tester per batterie</td><td>MACCOR</td><td></td><td></td></tr><tr><td>El-Cut</td><td>EL-CELL</td><td></td><td>®</td></tr></tbody></table>

a stato solido innesto elettroliti copolimero per batterie di litio applicazioni

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

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 (&lt;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&#39;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&#39;intera capacità specifica teorica di 170 mAh / g è stato raggiunto.

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 <strong...

Batterie agli ioni impiegano elettroliti organici infiammabili e volatili che sono adatti per applicazioni a temperatura ambiente. Un&#39;alternativa più sicura per elettroliti organici sono batterie ai polimeri solidi. Batterie di polimero solido operare in sicurezza alle alte temperature (&gt; 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.

A stato solido innesto elettroliti Copolimero per Batterie di litio Applicazioni

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

L'obiettivo generale di questa procedura è costruire batterie al litio a polimero solido. Inizialmente, utilizzare un approccio di polimerizzazione a radicali liberi per sintetizzare un polimero a ramificazione, quindi rivestire il catodo con polveri di litio. Procedere quindi a rivestire il polimero solido sia sul catodo che sull'anodo di litio metallico.Ora assemblare la catodo e l'anodo in una cella completa. Il test di conducibilità viene utilizzato per dimostrare che il polimero solido può funzionare come elettrolita. Abbiamo avuto per la prima volta l'idea di questo metodo perché volevamo migliorare la bagnabilità tra le particelle del catodo e l'elettrolita polimerico.E abbiamo fatto ciò utilizzando il polimero anche come legante per il catodo per sintetizzare la miscela del catodo. Abbiamo macinato a sfera polveri di fosfato di litio e ferro con nero di carbonio e disciolto la miscela nella soluzione elettrolitica del copolimero a innesto in un rapporto ponderale di cinque a uno a uno, riscaldando la sospensione a 80 gradi Celsius con tappo aperto sotto agitazione continua. Successivamente, abbiamo sottoposto la sospensione a sonificazione e agitazione magnetica per garanti

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Caratterizzazione di materiali per elettrodi per batterie agli ioni sodio e ioni di litio utilizzando tecniche Synchrotron Radiation

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