Summary
लिथियम आयन बैटरी के परिवेश के तापमान अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं कि ज्वलनशील और वाष्पशील कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट्स को रोजगार. जैविक इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए एक सुरक्षित विकल्प ठोस बहुलक बैटरी रहे हैं. ठोस बहुलक बैटरी इस प्रकार ऐसी गहरी तेल की ड्रिलिंग और संकर बिजली के वाहनों के रूप में उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए उन्हें लागू कर रही है, उच्च तापमान (> 120 डिग्री सेल्सियस) पर सुरक्षित रूप से कार्य करते हैं. इस पत्र (एक) बहुलक संश्लेषण, (ख) बहुलक चालन तंत्र, और (ग) ठोस बहुलक और जैविक इलेक्ट्रोलाइट्स दोनों के लिए तापमान साइकिल उपलब्ध कराने पर चर्चा करेंगे.
Abstract
बैटरी सुरक्षा पिछले एक दशक में एक बहुत ही महत्वपूर्ण अनुसंधान के क्षेत्र में किया गया है. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध लिथियम आयन बैटरी कम फ़्लैश बिंदु, ज्वलनशील (<डिग्री सेल्सियस 80), और वाष्पशील कार्बनिक इलेक्ट्रोलाइट्स को रोजगार. ये जैविक आधारित इलेक्ट्रोलाइट प्रणालियों परिवेश तापमान पर व्यवहार्य हैं, लेकिन लगता है कि तापमान 80 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं है सुनिश्चित करने के लिए एक शीतलन प्रणाली की आवश्यकता ये शीतलन प्रणाली बैटरी लागत में वृद्धि करते हैं और बैटरी की खराबी और विस्फोट करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं जो खराबी, इस प्रकार मानव जीवन को खतरे में डाल सकता है. पेट्रोलियम उत्पादों की कीमतों में वृद्धि तेल की कीमतों में वृद्धि जारी है के रूप में संचालित करने के लिए और अधिक आर्थिक रूप से व्यवहार्य हैं कि सुरक्षित, इलेक्ट्रिक हाइब्रिड वाहनों के लिए एक भारी मांग पैदा होती हैं. लिथियम आयन बैटरी में इस्तेमाल मौजूदा जैविक आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स उच्च तापमान ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों के लिए लागू नहीं कर रहे हैं. जैविक इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए एक सुरक्षित विकल्प ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स है. यह काम एक भ्रष्टाचार copolymer के इलेक्ट्रोलाइट (GCE) पाली (ओ के लिए संश्लेषण पर प्रकाश डाला जाएगाxyethylene) एक कम ग्लास संक्रमण के तापमान (टी जी) पाली (oxyethylene) acrylate (POEA) के साथ एक ब्लॉक को methacrylate (कविता). चालन तंत्र चर्चा की गई है और यह बहुलक कमानी गति और ईओण चालकता के बीच रिश्ता वास्तव में एक वोगल-Tammann-Fulcher (VTF) निर्भरता है का प्रदर्शन किया गया. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध LP30 जैविक (इथाइलीन कार्बोनेट में LiPF 6 (ईसी): एक 1:1 के अनुपात में डाइमिथाइल कार्बोनेट (डीएमसी)) युक्त बैटरियों और GCE परिवेश के तापमान पर साइकिल थे. यह LP30 इलेक्ट्रोलाइट की तुलना में जब परिवेश के तापमान पर, GCE युक्त बैटरियों का एक बड़ा overpotential से पता चला है कि पाया गया था. हालांकि 60 से अधिक तापमान डिग्री सेल्सियस पर, GCE सेल तेजी बहुलक इलेक्ट्रोलाइट चालकता के कारण बहुत कम overpotential प्रदर्शन किया और 170 महिंद्रा / जी की लगभग पूरी सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता तक पहुँचा था.
Introduction
लिथियम (ली) एक अत्यधिक विद्युत धातु (मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के सापेक्ष -3.04 वी), और lightest धातु (6.94 छ / mol के बराबर वजन और 0.53 ग्राम / 3 सेमी की स्पेसिफिक ग्रेविटी) है. इस पोर्टेबल ऊर्जा भंडारण उपकरणों के लिए नकारात्मक इलेक्ट्रोड और आदर्श में सक्रिय सामग्री के लिए एक विकल्प के रूप में इसे आकर्षक बनाता है जहां आकार और वजन बात. चित्रा 1 से पता चलता लिथियम आधारित बैटरी (ली आयन, PLiON, और ली धातु) उच्च ऊर्जा घनत्व है कि नेतृत्व एसिड, निकल कैडमियम, और निकल धातु hydride बैटरी की तुलना में 1.
एक पूर्ण लिथियम आयन बैटरी एक कैथोड (सकारात्मक), एक anode (नकारात्मक), एक इलेक्ट्रोलाइट, और एक विभाजक (चित्रा 2) के होते हैं. कैथोड और anode दोनों ली आयनों intercalate या (एनोड कार्बन है, अगर ली तटस्थ ली के रूप में intercalates) reversibly डे intercalate सकते हैं जहां मध्यनिवेश यौगिकों हैं. इलेक्ट्रोलाइट आयनिक चालन और insulates विद्युत प्रदान करता हैइलेक्ट्रोड के बीच एनआईसी चालन. विभाजक shorting से दो इलेक्ट्रोड रखने के आयनों के लिए पारगम्य, लेकिन यंत्रवत् कठोर है. सेल एक पूरी तरह से चार्ज स्थिति में है जब ली की सभी एनोड में intercalated गया है, और सेल एक पूरी तरह से छुट्टी दे दी स्थिति में है जब ली आयनों के सभी कैथोड में intercalated रहे हैं. सहज प्रतिक्रिया के दौरान, बिजली के एक उपकरण के लिए एक बाहरी सर्किट के माध्यम से एनोड से कैथोड इलेक्ट्रॉनों प्रवाह निर्वहन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से कैथोड को anode से आयनों के प्रवाह करते हुए. कैथोड पर आयनों और इलेक्ट्रॉनों recombine के प्रभारी तटस्थता बनाए रखने के लिए. चार्ज होने पर, प्रवाह उलट है.
वे ज्यादातर दशकों के लिए ही बनी हुई है, जो इलेक्ट्रोलाइट, पर ऊर्जा बैटरी के घनत्व के बजाय निर्धारित क्योंकि तारीख को हाल ली आयन बैटरी विकास कैथोड सामग्री पर ध्यान केंद्रित किया है. यह impedan की वजह से कुल बिजली क्षमता को प्रभावित करता है के बाद से इलेक्ट्रोलाइट बैटरी का एक महत्वपूर्ण टुकड़ा हैइलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से ही और इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस पर दोनों CE.
ली आयन बैटरी में प्रयोग किया जाता इलेक्ट्रोलाइट आमतौर प्रकार LiX और एक गैर जलीय विलायक के एक नमक के होते हैं. अन्य विद्युत प्रणालियों में इस्तेमाल जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में, ली आयन इलेक्ट्रोलाइट्स का नुकसान कम चालकता, उच्च लागत, ज्वलनशीलता, और पर्यावरणीय समस्याएं हैं. लाभ डिग्री सेल्सियस 300 डिग्री सेल्सियस, एक व्यापक वोल्टेज खिड़की (5 वी बनाम ली / ली), और इलेक्ट्रोड के साथ बेहतर संगतता (जलीय इलेक्ट्रोलाइट होगा -150 से एक व्यापक तापमान रेंज (जिस पर इलेक्ट्रोलाइट एक तरल रहता है) शामिल ली धातु और फार्म LiOH और हाइड्रोजन) 2, 3, 4-6 के साथ हिंसक प्रतिक्रिया.
बैटरी में इस्तेमाल गैर जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स जैविक कार्बोनेट आधारित तरल पदार्थ, पॉलिमर, ईओण का तरल पदार्थ, और मिट्टी के पात्र में शामिल हैं. ये इलेक्ट्रोलाइट्स व्यावहारिक ली आयन बैटरी में प्रयोग की जाने वाली कुछ मानक को पूरा करने की जरूरत हैतों. वे कम से कम 10 एमएस / सेमी, एक बड़े विद्युत खिड़की (उच्च वोल्टेज कैथोड के लिए> 4.5 वी), कम वाष्प दबाव, अच्छा थर्मल और रासायनिक स्थिरता, कम विषाक्तता, और कम लागत के एक चालकता शामिल हैं. जैसे बिजली के वाहनों के रूप में कुछ कड़े अनुप्रयोगों के लिए, इन मानकों के सभी 60 डिग्री सेल्सियस के लिए -20 डिग्री सेल्सियस से आम तौर पर, एक व्यापक तापमान रेंज पर मुलाकात होगी इस काम का ध्यान जैविक और बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स पर है, इस पत्र के शेष इन इलेक्ट्रोलाइट्स पर ध्यान दिया जाएगा.
कार्बोनेट आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स एक कार्बनिक विलायक में भंग एक लिथियम नमक से मिलकर बनता है. हालांकि, यह सभी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विलायक किसी एक के लिए मुश्किल है. उदाहरण के लिए, ऐसे इथाइलीन कार्बोनेट (ईसी) और propylene कार्बोनेट (पीसी) के रूप में कम वाष्प दबाव, साथ विलायकों, चालकता कम करने के लिए अग्रणी, उच्च viscosities के हो जाते हैं. इसके अलावा चुनाव आयोग के कमरे के तापमान पर एक ठोस है, यह है कि यह एक और विलायक के साथ जोड़ा जा करने की आवश्यकता है. आम तौर पर इलेक्ट्रोलाइटकई विलायकों का एक संयोजन है. आम सॉल्वैंट्स और उनके भौतिक गुणों में से कुछ 1 टेबल में सूचीबद्ध हैं.
| नाम | पिघलने तापमान (डिग्री सेल्सियस) | उबलते तापमान (डिग्री सेल्सियस) | चिपचिपापन (एमपीए * ओं) |
| डाइमिथाइल कार्बोनेट (डीएमसी) | 4.6 | 90 | 0.5902 (25 डिग्री सेल्सियस) |
| Diethyl कार्बोनेट (डीईसी) | -43 | 126.8 | 0.7529 (25 डिग्री सेल्सियस) |
| ईथीलीन कार्बोनेट (ईसी) | 36.5 | 238 | 1.9 (40 डिग्री सेल्सियस) |
| Propylene कार्बोनेट (पीसी) | -54.53 | 242 | 2.512 (25 डिग्री सेल्सियस) |
तालिका 1. आम कार्बोनेट सॉल्वैंट्स 7.
संगठनों के लिए सुरक्षित विकल्पोंएनआईसी इलेक्ट्रोलाइट्स बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स आधारित हैं. पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट्स पतली फिल्मों, गैर अस्थिर गैर ज्वलनशील, और उनके लचीलेपन उन्हें लुढ़का और एक बड़े व्यावसायिक पैमाने पर मुद्रित करने की अनुमति देता है. राइट, 1973 में एट अल. पाली में पहला प्रदर्शन आयन चालन (ethylene ऑक्साइड) नमक परिसरों (पीईओ). यह बाद में तरल इलेक्ट्रोलाइट में ली धातु पर dendrite विकास के साथ जुड़े सुरक्षा चिंता डेन्ड्राइट 8-17 के विकास को दबा दिया जो पीईओ आधारित ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट, का उपयोग करके हल किया जा सकता है की खोज की थी. (1) विलायक मुक्त सूखी ठोस बहुलक, (2) जेल इलेक्ट्रोलाइट्स, और हमारे काम में इस्तेमाल एक विलायक मुक्त शुष्क संश्लेषण के साथ (3) plasticized बहुलक, बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स के तीन मुख्य प्रकार हैं.
इस पत्र (एक) विलायक मुक्त सूखी बहुलक संश्लेषण, (ख) बहुलक चालन तंत्र, और (ग) ठोस बहुलक और जैविक इलेक्ट्रोलाइट्स दोनों के लिए तापमान साइकिल उपलब्ध कराने पर चर्चा करेंगे.
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Protocol
1. भ्रष्टाचार Copolymer संश्लेषण 18-19
- कविता की 26 मिलीलीटर (या POEA) मोनोमर (चित्रा 3) के मिश्रण से एक मुफ्त कट्टरपंथी polymerization के दृष्टिकोण का उपयोग कर भ्रष्टाचार सहपॉलिमरों (कविता-जी PDMS और 70:30 वजन अनुपात में POEA-जी PDMS), PDMS macromonomers की 12 मिलीलीटर synthesize , और 2,2 के 12 मिलीग्राम 'Azobis (2 methylpropionitrile) (AIBN) (मोनोमर: सर्जक [825:1]) ईए की 160 मिलीलीटर में.
- 45 मिनट के लिए अति उच्च शुद्धता आर्गन के साथ एक रबर पट और शुद्ध के साथ स्पष्ट समाधान युक्त कुप्पी सील.
- 72 से समाधान हीट डिग्री सेल्सियस 24 घंटे के लिए लगातार सरगर्मी के तहत एक तेल स्नान में (AIBN 3.2 एक्स 10 -5 सेकंड -1 की एक अपघटन दर है).
- शुरू में स्पष्ट समाधान आम तौर पर 2 घंटे के भीतर दिख दूधिया बन गया. एक अमिश्रणीय विलायक, पीई में अंतिम समाधान वेग. अवशिष्ट नमी को दूर करने के लिए 5 दिनों के लिए कम से कम 5 mTorr निर्वात के तहत 80 डिग्री सेल्सियस पर बहुलक सूखी.
- यह पाया गया है कि बहुलक एन थेओ.टी. अत्यधिक नमी बहुलक पतली फिल्मों में casted था जब गठन दरार करने के लिए नेतृत्व करेंगे, ठीक से सूख गया.
- अंतिम भ्रष्टाचार copolymer (चित्रा 4 में दिखाया गया है) 500000 छ / mol पॉलीस्टीरिन अंशांकन मानक के साथ जेल पारगमन क्रोमैटोग्राफी का उपयोग करने का एक आणविक वजन था.
- एक ली पर LiTFSI साथ परिसर भ्रष्टाचार copolymer: इलेक्ट्रोलाइट के लिए फार्म THF की एक आम विलायक में 1:20 के ईओ अनुपात (LiTFSI के 170 मिलीग्राम के साथ कविता-जी PDMS (70:30) का 1 ग्राम).
2. समग्र कैथोड की तैयारी
- मिश्रण से गेंद milled LiFePO 4 पाउडर (Linyi Gelon नई बैटरी सामग्री) और कार्बन ब्लैक (सुपर पी), और 05:01:01 के एक वजन के अनुपात में GCE समाधान में मिश्रण भंग. कैथोड synthesize
- 80 को घोल गर्मी डिग्री सेल्सियस (खुले टोपी) उभारा जा रहा है. अगला चुंबकीय उचित मिश्रण सुनिश्चित करने के लिए सरगर्मी से घोल sonicate. 10 मिलीग्राम / 2 सेमी की एक लोडिंग पहलू पर पर एल्यूमीनियम पन्नी पर डॉक्टर ब्लेडएल्यूमीनियम पन्नी एल्यूमीनियम के लिए बेहतर फाड़ना सुनिश्चित करने के लिए.
- अवशिष्ट THF और नमी को दूर करने के लिए 80 ° सीओ / एन में एक निर्वात ओवन में समग्र कैथोड सूखी.
3. सिक्का सेल तैयार और परीक्षण
- एक उच्च परिशुद्धता इलेक्ट्रोड कटर ईएल कट (एल एल सेल) का उपयोग करते हुए छोटे डिस्क (क्षेत्र = 1.4 सेमी 2) में समग्र एक आर्गन से भरे glovebox में कैथोड, और पंच परिवहन. इलेक्ट्रोलाइट परत के रूप में इलेक्ट्रोड डिस्क पर शुद्ध GCE हल (कविता-जी PDMS, LiTFSI, THF में भंग दोनों) डाली गिरा.
- -80 की एक ओस बिंदु के साथ glovebox अंदर एक गर्म थाली पर अंतिम कैथोड इलेक्ट्रोलाइट डिस्क गर्मी डिग्री सेल्सियस THF लुप्त हो जाना, और बराबर आकार GCE-लेपित धातु लिथियम डिस्क (सिग्मा Aldrich के साथ CR2032 सिक्का कोशिकाओं में इकट्ठा करने के लिए, एक मैनुअल समापन उपकरण (Hohsen) का उपयोग कर मोटी 0.75 मिमी). सेल योजनाबद्ध ग्रे कणों LiFePO 4, काले कण प्रतिनिधि का प्रतिनिधित्व करते हैं जहां चित्रा 5 में दिखाया गया हैकार्बन क्रोध, नीले "स्पेगेटी" GCE का प्रतिनिधित्व करता है, और एनोड लिथियम धातु है.
- एक ही LiFePO 4 पाउडर और लिथियम धातु एनोड के शामिल कोशिकाओं की एक दूसरे सेट इकट्ठा, लेकिन बजाय PVDF बांधने की राल (Kynar), PVDF विभाजक (Celgard), और चुनाव आयोग में 1 एम LiPF 6 के तरल इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करें: 1:1 में डीएमसी अनुपात (LP30, मर्क), प्रदर्शन की तुलना करने के लिए.
- सभी विधानसभा -80 डिग्री सेल्सियस के एक ओस बिंदु के साथ एक glovebox में किया गया था एक 32 चैनल MACCOR 4000 बैटरी परीक्षक परिवेश के तापमान पर साइकिल चालन परीक्षण के लिए इस्तेमाल किया गया था.
4. पॉलिमर चालन तंत्र
- पीईओ कमानी गतियों आमतौर पर सीसी और सीओ बांड आसपास मरोड़ के साथ जुड़े रहे हैं. अर्द्ध यादृच्छिक कमानी प्रस्ताव बनाने और तोड़ने solvated आयनों के लिए समन्वय साइटों और बिजली के क्षेत्र के प्रभाव में फैलाना आयनों के लिए मुक्त मात्रा उपलब्ध कराने के द्वारा आयन चालन सहायता करता है. कमानी गति की शुरुआत vicinit में होता हैतापमान आगे टी जी से परे बढ़ जाती है के रूप में ग्लास संक्रमण के तापमान, टी छ, के y और अधिक सुगम हो जाता है. उच्च तापमान पर, स्थानीय रिक्तियों बहुलक क्षेत्रों मुक्त मात्रा 19 में स्थानांतरित करने की अनुमति, बहुलक विस्तार के द्वारा उत्पादित कर रहे हैं.
- कमानी गति क्रिस्टलीय चरण की तुलना में टी जी ऊपर अनाकार चरण में कहीं अधिक तेजी से है, बहुलक में आयन परिवहन अनाकार चरण में मुख्य रूप से होता है. हालांकि, स्फटिक में हाल ही में ली + चालन (पीईओ) 6: चालकता अनाकार पीईओ में से परिमाण कम दो से अधिक के आदेश है, हालांकि LiAsF 6, प्रदर्शन किया गया. पीईओ / नमक परिसर की क्रिस्टलीय या अनाकार चरण रचना, तापमान, और तैयारी विधि 20-22 पर निर्भर करता है.
- आयनों उनके विलायक म्यान बरकरार है और परिवहन के साथ कदम जहां तरल, के विपरीत के macroscopic चिपचिपापन से संबंधित हैविलायक, ठोस बहुलक, बहुलक श्रृंखला तेजी से उलझ रहे हैं और लंबी दूरी पर ले जाया जा सकता है, जहां आयन परिवहन बहुलक श्रृंखला के क्षेत्रों की सूक्ष्म चिपचिपाहट से संबंधित है में. बहुलक श्रृंखला के साथ आयनों के परिवहन के दो सक्रियण बाधाओं को दूर करने की जरूरत है, दोनों आंकड़े 6 और 7 में दिखाया जाता है. एक समन्वय ईओ इकाइयों द्वारा आयनों की solvation है. इस प्रक्रिया बनाने और रासायनिक बांड के टूटने शामिल है, Arrhenius निर्भरता है, और चालकता द्वारा दिया जाता है
σ ए (ई एक / के.टी.)
σ चालकता है, जहां एक एक स्थिर है, और ई एक बांड के साथ जुड़े सक्रियण ऊर्जा है. आयनों बांड भी मजबूत कर रहे हैं, अगर ठोस बहुलक में ले जाने के क्रम में समन्वय साइटों से अलग कर देना चाहिए, क्योंकि फैटायनों स्थिर हो जाते हैं. केशन बहुलक बांड नमक विघटन के लिए काफी मजबूत होने की जरूरत है, लेकिन कमजोर पर्याप्त टीओ केशन गतिशीलता के लिए अनुमति देते हैं. - आयनों के परिवहन के एक समन्वय साइट से दूसरे में है. इस प्रक्रिया बहुलक की कमानी प्रस्ताव से संबंधित है, Vogel-Tammann-Fulcher (VTF) निर्भरता 22-25 है, और टी 0 आम तौर पर टी जी नीचे 50 कश्मीर होने के लिए चुना एक संदर्भ तापमान है जहां चालकता है. इस समीकरण टी 0 ऊपर है कि थर्मल गति प्रक्रिया परिवहन करने के लिए योगदान देता है, और तेजी से गति कम टी जी के साथ बहुलक के लिए आशा की जाती है पता चलता है. VTF प्रक्रिया टी जी से संबंधित है, इस प्रकार तापमान कम दर सीमित. उच्च तापमान पर, कमानी गति Arrhenius प्रक्रिया दर सीमित हो जाता है कि काफी सुगम हो जाता है.
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Representative Results
कमरे के तापमान सेल साइकिल चालन प्रदर्शन 8 चित्रा में दिखाया गया है. बाएं साजिश 15 पर पारंपरिक तरल इलेक्ट्रोलाइट (LP30) के साथ कोशिकाओं के प्रभारी और छुट्टी प्रोफाइल को पता चलता मा / छ, और 10 पर GCE / बांधने की मा / छ. चित्रा 9 कमरे के तापमान पर ठोस बहुलक कोशिकाओं का निर्वहन वोल्टेज प्रोफाइल का पता चलता है, 60 डिग्री सेल्सियस और 120 डिग्री सेल्सियस विशिष्ट क्षमता के कार्यों के निर्वहन वोल्टेज प्रोफाइल के वर्तमान निर्वहन μA में है जहां 10 चित्रा, में दिखाया गया है और मुक्ति की अवस्था के बगल में चिह्नित कर रहे हैं 0.05 सी का एक कम वर्तमान का उपयोग कर. चित्रा 10 से पता चलता है गरीब कमरे के तापमान और ऊंचा तापमान पर ज्यादा बेहतर दर की क्षमता कम दर की क्षमता. विभिन्न शक्ति घनत्व (मुक्ति वोल्टेज के साथ लगातार चालू गुणा) में ऊर्जा घनत्व (विशिष्ट क्षमता के लिए सम्मान के साथ निर्वहन वोल्टेज को एकीकृत) अलग अस्थायी के लिए चित्रा 11 में Ragone साजिश में दिखाए जाते हैंeratures.
चित्रा 1. विभिन्न बैटरी 1 के लिए ऊर्जा घनत्व.
चित्रा 2. निर्वहन के दौरान एक पूर्ण लिथियम आयन सेल.
चित्रा 3. कविता और PDMS.
4 चित्रा. संश्लेषित भ्रष्टाचार Copolymer.
चित्रा 5. एक ठोस polymerlithium बैटरी के योजनाबद्ध.
6 चित्रा. आयन गतिशीलता को योगदान
चित्रा 7. अलग तापमान पर कविता और POEA की चालकता.
चित्रा 8. कमरे के तापमान सायक्लिंग 26.
9 चित्रा. अलग तापमान पर वोल्टेज प्रोफाइल के निर्वहन. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .
10 चित्रा. अलग तापमान पर दर की क्षमता निर्वहन.m/files/ftp_upload/50067/50067fig10large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें.
11 चित्रा. अलग तापमान 26 पर बहुलक और तरल इलेक्ट्रोलाइट बैटरी के लिए Ragone साजिश.
तालिका 1. आम कार्बोनेट सॉल्वैंट्स.
परिवर्णी की सूची
2,2 '-Azobis (2 methylpropionitrile) (AIBN)
भ्रष्टाचार copolymer के इलेक्ट्रोलाइट (GCE)
Diethyl कार्बोनेट (डीईसी)
डाइमिथाइल कार्बोनेट (डीएमसी)
ईथीलीन ऑक्साइड (ई.ओ.)
ईथीलीन कार्बोनेट (ईसी)
इथाइल एसीटेट (ईए)
ग्लास संक्रमण के तापमान (टी जी)
लिथियम Hexafluorophosphate (LiPF 6)
LP30 (ईसी में LiPF 6: डीएमसी एक 1:1 के अनुपात में)
लिथियम लौह फॉस्फेट (LiFePO 4)
लिथियम Hexafluoroarsenate (LiAsF 6)
लिथियम बीआईएस (trifluoromethane) सल्फोनामाइड (LiTFSI)
पेट्रोलियम ईथर (पीई)
Polydimethylsiloxane (PDMS)
पाली (oxyethylene) methacrylate (कविता)
पाली (oxyethylene) acrylate (POEA)
Propylene कार्बोनेट (पीसी)
Polyvinyl difluoride (PVDF)
Tetrahydrofuran (THF)
वोगल-Tammann-Fulcher (VTF)
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Discussion
LiFePO 4 / GCE / ली घटता प्रभारी और छुट्टी दोनों पर LiFePO 4 / LP30/Li घटता से अधिक overpotential दिखा. GCE इलेक्ट्रोलाइट और बांधने की मशीन के रूप में दोनों का इस्तेमाल किया जाता है, आयन चालन कैथोड कणों के सभी के लिए प्रदान की जाती है, और लगभग पूरे व्यावहारिक विशिष्ट क्षमता (150 महिंद्रा / छ) सुलभ था. यह कमरे के तापमान पर कम है जो LiFePO 4 कणों के भीतर लिथियम प्रसार द्वारा सीमित है के बाद से 170 महिंद्रा / जी की सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता हासिल नहीं है. पहले 50 गहरे चक्र के लिए साइकिल चालन क्षमता सही साजिश में दिखाया जाता है. पहले 5 चक्र के दौरान ऊर्जा क्षमता कम कर रहे हैं (बड़े प्रभारी / छुट्टी क्षमता अनुपात), लिथियम एनोड पर एक passivation परत के गठन से संबंधित प्रतिवर्ती क्षमता घटाने के लिए संभवतः कारण. anions, एल के उत्पादन के लिए जाना जाता है - जो passivation फिल्म लिथियम धातु और सीएफ 3 एसओ 3 की विलायक अवशिष्ट THF के बीच प्रतिक्रियाओं से परिणाम सकता हैप्रजाति है.
60 दोनों डिग्री सेल्सियस और 120 डिग्री सेल्सियस, सेल कम overpotential के कारण तेजी से बहुलक इलेक्ट्रोलाइट चालकता दर्शाती है, और लगभग पूरी सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता पहुँचा जा सकता है. ठोस बहुलक कोशिकाओं का पूर्ण दर की क्षमता का परीक्षण भी इन तीन तापमान पर प्रदर्शन किया गया. प्रत्येक तापमान में, कोशिकाओं 0.05 की एक निरंतर वर्तमान सी (या 25 डब्ल्यू / जन घनत्व लदान कैथोड पर विचार किलो) पर आरोप लगाया गया है और उच्च धाराओं में छुट्टी दे दी. ताजा कोशिकाओं क्षमता फीका के प्रभाव को अलग करने के लिए वर्तमान प्रत्येक निर्वहन के लिए इस्तेमाल किया गया. वाणिज्यिक तरल इलेक्ट्रोलाइट (LP30) के साथ एक सेल की दर क्षमता परीक्षण भी कमरे के तापमान पर प्रदर्शन किया गया था. विभिन्न शक्ति घनत्व (मुक्ति वोल्टेज के साथ लगातार चालू गुणा) में ऊर्जा घनत्व (विशिष्ट क्षमता के लिए सम्मान के साथ निर्वहन वोल्टेज को एकीकृत) अलग तापमान के लिए चित्रा 11 में Ragone साजिश में दिखाया जाता है. चित्रा 11 reflऊर्जा घनत्व और शक्ति घनत्व के बीच tradeoff ECTS. बड़ी धाराओं में, सेल प्रदर्शन प्रसार सीमित हो जाता है और सेल क्षमता कम हो जाती है. LP30 आधारित कोशिकाओं के लिए, केवल कमरे के तापमान डेटा एकत्र किए गए थे. GCE आधारित कोशिकाओं, 60 के पास प्रदर्शन ° के मामले में सी इस तापमान पीईओ का गलनांक की सीमा में है के बाद से विशेष रुचि का है. जैसा कि कमरे के तापमान पर 11 चित्रा में संकेत GCE और LP30 आधारित कोशिकाओं के ऊर्जा घनत्व कम ऊर्जा घनत्व में तुलना कर रहे हैं. शक्ति घनत्व 25 से 50 तक बढ़ जाती है के रूप में डब्ल्यू / किलो, GCE आधारित कोशिकाओं के ऊर्जा घनत्व काफी गिर जाता है. हालांकि, ऊंचा तापमान (> 60 डिग्री सेल्सियस) में, बढ़ती ऊर्जा घनत्व के साथ GCE आधारित कोशिकाओं के ऊर्जा घनत्व में कमी पीईओ श्रृंखला के उच्च गतिशीलता की वजह से काफी छोटा है. 60 से ऊपर डिग्री सेल्सियस, GCE आधारित सेल का प्रदर्शन कम तापमान पर निर्भर है और कमरे के तापमान के प्रदर्शन के लिए तुलनीय हो जाता हैतरल इलेक्ट्रोलाइट आधारित कोशिकाओं की.
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Disclosures
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
Acknowledgments
लेखकों को वित्तीय सहायता प्रदान करने के लिए वेदरफोर्ड अंतर्राष्ट्रीय धन्यवाद देना चाहूंगा.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| POEM | 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 | Air Gas | Ultra high purity (Grade 5) | |
| PE | Sigma Aldrich | 8032-32-4 | |
| LiFePO4 | Gelon | ||
| Carbon black | SuperP | Super P | |
| Lithium metal | Alfa Aesar | 7439-93-2 | |
| PVDF binder resin | Kynar | Kynar | |
| PVDF Separator | Celgard | ||
| LP30 | Merck | LiPF6 in EC:DMC | |
| MACCOR battery tester | MACCOR | ||
| El-Cut | EL-CELL |
References
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- Scrosati, B., Hassoun, J., Sun, Y. Lithium-ion batteries. A look into the future. Energy Environ. Sci. 4 (9), 3287-3295 (2011).
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