Qui, descriviamo i protocolli per preparare elettroliti di liquido ionico a base di fosfonio e di sale di litio bis(trifluorometano)sulsommide e assemblare una batteria a bottone agli ioni di litio non infiammabile e funzionante ad alta temperatura.
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Articolo metodologico
Sintesi di ionici liquido a base di elettroliti, Assemblea delle batterie agli ioni di litio, e le misure di prestazioni ad alta temperatura
In questo articolo
Sommario
Abstract
L'instabilità chimica della elettrolita tradizionale rimane un problema di sicurezza nei dispositivi di accumulo di energia ampiamente usato come le batterie agli ioni di litio. Le batterie al litio per l'impiego in dispositivi che funzionano a temperature elevate richiedono elettroliti termicamente stabili e non infiammabili. I liquidi ionici (ILS), che sono non infiammabili, non volatile, termicamente stabili sali fusi, sono un sostituto ideale per infiammabili e basso punto di ebollizione elettroliti di solventi organici attualmente utilizzati oggi. Descriviamo qui le procedure: 1) sintetizzare liquidi ionici mono e di-fosfonio in coppia con cloruro o bis (trifluorometano) sulfonimide TFSI) anioni (; 2) misurare le proprietà termiche e della stabilità di questi liquidi ionici di calorimetria differenziale a scansione (DSC) e analisi gravimetrica termica (TGA); 3) misurare le proprietà elettrochimiche dei liquidi ionici di voltammetria ciclica (CV); 4) preparare gli elettroliti contenenti bis litio (trifluorometano) sulfamidico; 5) misurare la conductivity degli elettroliti in funzione della temperatura; 6) montare una batteria a moneta con due degli elettroliti oltre ad anodo metallico Li e LiCoO 2 catodo; e 7) valutare le prestazioni della batteria a 100 ° C. Abbiamo inoltre descrivono le sfide in esecuzione, nonché le conoscenze acquisite da eseguire questi esperimenti.
Introduzione
batterie Li-ion sono dispositivi che trasformano l'energia tra energia elettrica e energia chimica e forniscono un mezzo conveniente per memorizzare e per fornire energia on demand e on-the-go. Oggi, le batterie agli ioni di litio dominano il mercato dell'elettronica portatile a causa della loro alta densità di energia e ri-esigibilità, e sono di interesse per le applicazioni su larga scala e speciali, come ad esempio il drill-down-hole e automotive. 1-5 batterie sono composte da quattro componenti principali: catodo, anodo, il separatore, e l'elettrolita. Mentre la chimica dei due elettrodi determina la densità di energia teorica della batteri....
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Protocollo
1.Synthesis di mono- e di-fosfonio Liquidi ionici associati con cloruro (Cl) e Bis sulfonimide anioni (Trifluorometano) (TFSI)
NOTA: La procedura per la mono-fosfonio liquido ionico possedere tre esile e una catena alchilica decile circonda il catione di fosfonio è descritto, e questo liquido ionico è abbreviato come mono-HexC10Cl. La stessa procedura viene ripetuta usando 1,10-dichlorodecane avere la liquido ionico di-fosfonio con resa elevata, e questo liquido ionico è abbreviato come di-HexC10Cl.
- Mentre in un vano portaoggetti sotto argon, pesare trihexylphosphine (8,3 g, 29 mmol) utilizzando una pipetta di vetro, ed erogare....
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Risultati
I liquidi ionici, mono-HexC10Cl e di-HexC10Cl, sono stati preparati mediante una reazione nucleofila, e una successiva reazione di scambio alogenuro concede il mono-HexC10TFSI e di-HexC10TFSI liquidi ionici, rispettivamente (Figura 1A). 14 Tutti e quattro i liquidi ionici sono liquidi incolori e leggermente viscoso (Figura 1B). Un rappresentante 1 H NMR del liquido ionico mono-HexC10TFSI è mostrato in Figura 1C, e c.......
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Discussione
Il nostro approccio per sviluppare batterie Li-ion funzionali temperatura non infiammabile e ad alto comporta la sintesi di nuovi elettroliti liquidi ionici e la loro successiva valutazione nelle cellule della moneta prototipo. In particolare, mono-HexC10TFSI e di-HexC10TFSI elettroliti basati sono stati testati in una cella di monete in possesso di un anodo metallico Li e LiCoO 2 catodo. I passaggi critici all'interno di questo approccio sono: 1) identificare l'elettrolita piombo secondo un insieme d.......
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Ringraziamenti
Questo articolo è stato supportato in parte da BU e dall'Advanced Energy Consortium:
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Olio siliconico | Sigma-Aldrich | 85409 | |
| Idrossido di potassio | Sigma-Aldrich | 221473 | Corrosivo |
| Evaporatore rotante | Buchi | R-124 | |
| Pompa per alto vuoto | Welch | 8907 | |
| Azoto, purezza ultra elevata Airgas | NI UHP300 | Gas compresso | |
| Tetraidrofurano, stabilizzato con BHT | Pharmco-Aaper | 346000 | Infiammabile. Asciugato prima dell'uso. |
| Diclorometano | Pharmco-Aaper | 313000 | Infiammabile, tossico. |
| Imbuto separatore (1 L) | Fisher Scientific | 13-678-606 | |
| Solfato di sodio | Sigma-Aldrich | 239313 | |
| Etanolo, assoluto | Pharmco-Aaper | 111USP200 | Infiammabile, tossico. |
| Imbuto Buchner | Fisher Scientific | FB-966-F | |
| Metanolo | Pharmco-Aaper | 339000ACS | Infiammabile, tossico. |
| Trietilammina (anidra) | Sigma-Aldrich | 471283 | Tossico, infiammabile, dannoso per l'ambiente |
| Siringa di vetro | Hamilton Company | 1700-series | |
| Cloroformio deuterato | Cambridge Isotopes Laboratories, Inc. | DLM-29-10 | Tossico |
| Strumento di risonanza magnetica nucleare | Varian | V400 | |
| Idrogeno | Airgas | HY HP300 | Altamente infiammabile. |
| Hexanes | Pharmco-Aaper | 359000ACS | Tossico, infiammabile. |
| Calorimetro differenziale a scansione | TA Instruments | Q100 | |
| N,N-dimetilformammide | Sigma-Aldrich | 227056 | Tossico, infiammabile. |
| Trihexylphosphone | TCI America | Tossico, infiammabile. | |
| 1-Clorodecano | Sigma-Aldrich | Tossico, infiammabile. | |
| Bis(trifluorometano)sulfonimide sale di litio | Sigma-Aldrich | Idrofilo | |
| 1,10-diclorodecano | Sigma-Aldrich | Tossico, infiammabile. | |
| Analisi Termo Gravemetrica (TGA) | Strumenti TA Q50 | TA | |
| Calorimetro a scansione differenziale (DSC) | Strumenti TA Q100 | TA | |
| Reometro a Deformazione Controllata | AR 1000 | ||
| Misuratore di conducibilità | Consort | K912 | |
| Potenziostato/Galvanostato a 4 elettrodi | Princeton Applied Research | VersaStat MC4 | Controlli elettrochimici |
| Separatori | Celgard | C480 | polipropilene/polietilene |
| Celle a bottone CR2032 | MTI Corp. | EQ-CR2032-CASE | |
| Elettrodo LiCoO2 | MTI Corp. | EQ-CR2032 | Materiale catodico |
| litio metallo | Alfa Aesar | 10769 | Materiale dell'anodo |
| Distanziatore in acciaio inossidabile | MTI Corp. | EQ-CR20-Spacer304-02 | 15,5 mm diametro x 0,2 mm |
| MTI Corp. | EQ-CR20WS-Spring304 | ||
| Crimpatrice elettrica a bottone | MTI Corp. | MSK-160D | |
| Scatola a guanti | Mbraun | Funzionamento senza acqua e ossigeno |
Riferimenti
- Armand, M., Tarascon, J. -M. Building better batteries. Nature (London). 451, 652-657 (2008).
- Linden, D., Reddy, T. B. Handbook of batteries. , 3rd edn, McGraw-Hill Education. (2002).
- Scrosati, B., Garche, J.
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Ristampe e permessi
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