Eletrólitos copolímero de enxerto de estado sólido para Aplicações da bateria de lítio

Resumo

As baterias de iões de lítio empregam eletrólitos orgânicos inflamáveis ​​e voláteis que são adequados para aplicações de temperatura ambiente. Uma alternativa mais segura para os eletrólitos orgânicos são baterias de polímero sólido. Baterias de polímero sólido operar com segurança em altas temperaturas (> 120 ° C), tornando-os aplicáveis ​​para aplicações de alta temperatura, como perfuração de petróleo profundo e veículos elétricos híbridos. Este artigo discute (a) a síntese do polímero, (b), o mecanismo de condução do polímero, e (c) proporcionar ciclos de temperaturas, tanto para sólidos de polímero e de electrólitos orgânicos.

Resumo

Segurança da bateria tem sido uma área de pesquisa muito importante ao longo da última década. As baterias de iões de lítio disponíveis comercialmente empregam baixo ponto de fulgor (<80 ° C), inflamáveis, e eletrólitos orgânicos voláteis. Estes sistemas de electrólito à base de orgânicos são viáveis ​​às temperaturas ambientes, mas necessitam de um sistema de arrefecimento para assegurar que a temperatura não exceda 80 ° C. Estes sistemas de arrefecimento tende a aumentar os custos da bateria e pode avaria, que pode levar ao mau funcionamento da bateria e explosões, pondo assim em risco a vida humana. Aumentos nos preços do petróleo levam a uma enorme demanda por veículos híbridos, elétricos seguros que são mais economicamente viável para operar como os preços do petróleo continuam a subir. Existentes eletrólitos baseados orgânicos utilizados em baterias de íons de lítio não são aplicáveis ​​para aplicações automotivas de alta temperatura. Uma alternativa mais segura para os eletrólitos orgânicos é eletrólitos poliméricos sólidos. Este trabalho irá destacar a síntese de um copolímero de enxerto de eletrólitos (GCE) poli (oxyethylene) metacrilato (POEMA) a um bloco com uma menor temperatura de transição vítrea _(Tg) de poli (oxietileno) acrilato (POEA). O mecanismo de condução foi discutido, tendo sido demonstrada a relação entre o polímero de movimento segmentar e condutividade iónica de facto tem uma dependência de Vogel-Fulcher-Tammann (VTF). As baterias que contêm LP30 orgânico disponível comercialmente (LiPF ₆ em carbonato de etileno (CE): carbonato de dimetilo (DMC) em uma razão de 1:1) e GCE foram reciclados à temperatura ambiente. Verificou-se que, à temperatura ambiente, as baterias contendo GCE mostrou uma maior sobrepotencial, quando comparado com LP30 electrólito. No entanto, em temperaturas superiores a 60 ° C, a célula GCE exibiu muito menor sobrepotencial devido ao rápido polímero eletrólito condutividade e quase a plena capacidade específica teórica de 170 mAh / g foi acessado.

Introdução

Lítio (Li) é um metal altamente electropositivo (-3,04 V em relação ao eléctrodo padrão de hidrogénio), e o metal leve (peso equivalente a 6,94 g / mol e gravidade específica de 0,53 g / cm ^3). Isto torna-o atractivo como uma escolha para o material activo no eléctrodo negativo e ideal para dispositivos portáteis de armazenamento de energia, onde o tamanho e peso da matéria. Figura 1 mostra que, com base em pilhas de lítio (Li iónica, Plion, e Li metálico) têm maiores densidades de energia de chumbo-ácido, níquel-cádmio e de níquel-metal-hidreto ^1.

Uma bateria de lítio-ion completo consiste de um cát....

Protocolo

1. Copolímero de enxertia Síntese ^18-19

1. Sintetizar os copolímeros de enxerto (POEMA-g-PDMS e POEA-g-PDMS em 70:30 proporção em peso), utilizando uma abordagem de polimerização de radical livre, misturando 26 ml de POEMA (ou POEA) monómeros (Figura 3), 12 ml de PDMS macromonómeros , e 12 mg de 2,2 '-azobis (2-metilpropionitrilo) (AIBN) (monómero: iniciador [825:1]) em 160 ml de AE.
2. Selar o balão contendo a solução límpida com um septo de borracha e a purga com ultra-alta pureza árgon durante 45 min.
3. Aquece-se a solução a 72 ° C (AIBN tem uma taxa de decomposição de 3,2 x 10 ^-5 seg ^-1)....

Resultados

O quarto ciclo celular desempenho da temperatura é mostrada na Figura 8. O gráfico da esquerda mostra os perfis de carga e descarga de células com electrólito líquido convencional (LP30) a 15 mA / g e GCE / ligante a 10 mA / g. Figura 9 mostra os perfis de voltagem de descarga das células de polímero sólido à temperatura ambiente, 60 ° C e 120 ° C, utilizando uma corrente de baixa de 0,05 C. Os perfis de voltagem de descarga como funções de capacidade específico são mostradas na

Discussão

As curvas LiFePO ₄ / GCE / Li mostrar maior sobrepotencial que os LiFePO ₄ / LP30/Li curvas, tanto de carga e descarga. Uma vez que o GCE é utilizado tanto como electrólito e ligante, a condução iónica é fornecido a todas as partículas de cátodo, e quase toda a capacidade específica prático (150 mAh / g) era acessível. A capacidade específica teórica de 170 mAh / g não é alcançado, uma vez que é limitada pela difusão de lítio dentro LiFePO _quatro partículas, que é baixo em temperatura am.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
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
Argônio Gás	Ar Gás		Ultra alta pureza (Grau 5)
PE	Sigma Aldrich	8032-32-4
LiFePO4	Gelon
Negro de fumo	SuperP		Super P
Lítio metálico	Alfa Aesar	7439-93-2
Resina aglutinante PVDF	Kynar		Kynar
Separador PVDF	Celgard
LP30	Merck		LiPF6 em EC:DMC
MACCOR testador de bateria	MACCOR&		nbsp;
El-Cut	EL-CELL