Lityum Pil Uygulamaları için solid-state Greft Kopolimer Elektrolit

Özet

Lityum iyon piller ortam sıcaklık uygulamaları için uygundur yanıcı ve uçucu organik elektrolit kullanır. Organik elektrolitler için daha güvenli bir alternatif katı polimer pil vardır. Katı polimer pil böylece derin petrol sondaj ve hibrid elektrikli araçlar gibi yüksek sıcaklık uygulamaları onları uygulanabilir hale yüksek sıcaklıklarda (> 120 ° C) güvenli bir şekilde çalışmak. Bu çalışma, (a) polimer sentezi, (b) polimer iletim mekanizması, ve (c) katı polimer elektrolit ve organik hem de sıcaklık döngüsü sağlayacak tartışılacaktır.

Özet

Pil güvenliği son on yıl içinde çok önemli bir araştırma alanı olmuştur. Ticari olarak mevcut lityum iyon piller düşük parlama noktası, yanıcı (<° C 80) ve uçucu organik elektrolit kullanır. Bu organik bazlı elektrolit sistemleri ortam sıcaklıklarında yaşayabilir, ancak bu sıcaklık 80 ° C geçmeyecek sağlamak için bir soğutma sistemi gerektirir Bu soğutma sistemleri batarya maliyeti artırmak eğilimindedir ve pil arıza ve patlamalar arızaya neden olabilir, bu nedenle insan hayatı tehlikeye olabilir. Petrol fiyatlarındaki artışlar petrol fiyatları yükselmeye devam ederken çalıştırmak için daha ekonomik açıdan güvenli, elektrik hibrid araçlar için büyük bir talep yol açar. Lityum iyon pil kullanılan mevcut organik esaslı elektrolitlerin yüksek sıcaklık otomotiv uygulamaları için geçerli değildir. Organik elektrolitler için daha güvenli bir alternatif katı polimer elektrolit olduğunu. Bu çalışma bir aşı kopolimer elektrolit (GCE) poli (o için sentez vurgularxyethylene) daha düşük bir cam geçiş sıcaklığına (T _g), poli (oksietilen) akrilat (POEA) ile bir blok için metakrilat (şiir). Iletim mekanizması tartışıldı ve polimer segmental hareket ve iyonik iletkenlik arasındaki ilişkiyi gerçekten Vogel-Tammann-Fulcher (VTF) bağımlılığı vardır gösterilmiştir. Ticari LP30 organik (etilen karbonat LiPF ₆ (AB): 1:1 oranında dimetil karbonat (DMC)) ihtiva eden piller ve GCE ortam sıcaklığında döngüsü vardı. Bu LP30 elektrolit ile karşılaştırıldığında, oda sıcaklığında, GCE içeren pilleri daha büyük bir aşırıgerilim gösterdiği bulunmuştur. Ancak 60 daha yüksek ° C de, GCE hücre hızlı polimer elektrolit iletkenliği nedeniyle çok daha düşük aşırıgerilim sergilenen ve 170 mAh / g neredeyse tam teorik belirli kapasite erişilen.

Giriş

Lityum (Li) hayli elektropozitif metal (standart hidrojen elektrodu göre -3.04 V) ve hafif metal (6.94 g / mol eşdeğer ağırlığı ve 0.53 g / cm ³ özgül ağırlığı) 'dir. Bu taşınabilir enerji depolama aygıtları için negatif elektrot ve ideal aktif madde için bir seçenek olarak cazip hale nerede büyüklüğü ve ağırlığı olsun. Şekil 1 lityum bazlı piller (Li-ion, PLiON ve Li metal) daha yüksek enerji yoğunluğu var kurşun-asit, nikel-kadmiyum ve nikel-metal-hidrit piller ¹ daha.

Tam bir lityum iyon pil bir katot (pozitif), bir anot (negatif), bir elektrolit ve bir ayırıcı (Şekil 2) oluşu....

Protokol

1. Greft Kopolimer Sentezi ^18-19

1. Şiir 26 ml (ya da POEA) monomer (Şekil 3) karıştırılması ile bir serbest radikal polimerizasyon yaklaşımı kullanılarak, aşı kopolimerleri (şiir-g-PDMS ve 70:30 ağırlık oranında POEA-g-PDMS), PDMS makromonomerler 12 ml sentezlenmesi ve 2,2 ile 12 mg, l'-azobis (2-metilpropionitril) (AIBN) (monomer: başlatıcı [825:1]) EA 160 ml.
2. 45 dakika için ultra yüksek saflıkta argon ile bir lastik septum ve tasfiye ile net bir çözüm içeren şişeyi kapatın.
3. 72 çözüm ısıtın ° C'de 24 saat boyunca sabit karıştırma ile bir yağ banyosu içinde (AIBN 3.2 x 10 ^{-5 saniye-1} arasında....

Sonuçlar

Oda sıcaklığında hücre döngü performansı Şekil 8 'de gösterilmiştir. Sol arsa 15, geleneksel sıvı elektrolit (LP30) ile hücrelerin şarj ve deşarj profillerini göstermektedir mA / g, ve 10 GCE / bağlayıcı mA / g idi. Şekil 9, oda sıcaklığında katı polimer hücrelerin deşarj gerilimi profillerini gösterir, 60 ° C ile 120 ° C belirli bir kapasite bir fonksiyonu olarak deşarj gerilimi profilleri güncel deşarj uA ise Şekil 10 'de gösterilen ve boşaltma eğrisi yanında .......

Tartışma

LiFePO ₄ / GCE / Li eğrileri şarj ve deşarj hem LiFePO ₄ / LP30/Li eğrileri daha büyük aşırıgerilim göstermektedir. GCE elektrolit ve bağlayıcı hem olarak kullanıldığı için, iyon iletim katot parçacıkların tüm sağlanan, ve neredeyse tüm pratik belirli kapasitesi (150 mAh / g) erişilebilir olduğunu. Bu oda sıcaklığında düşük LiFePO ₄ parçacıklar, içinde lityum difüzyon ile sınırlı olduğu için 170 mAh / g teorik belirli kapasitesi elde değil. Ilk 50 derin devir için bisiklet kapasiteleri d.......

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
ŞİİR	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 Gazı	Hava Gazı		Ultra yüksek saflıkta (Sınıf 5)
PE	Sigma Aldrich	8032-32-4
LiFePO4	Gelon
Karbon siyahı	SuperP		Super
P Lityum metal	Alfa Aesar	7439-93-2
PVDF bağlayıcı reçine	Kynar		Kynar
PVDF Ayırıcı	Celgard
LP30	Merck		LiPF6 in EC:DMC
MACCOR pil test cihazı	MACCOR
El-Cut	EL-CELL