Lityum Pil Uygulamaları için solid-state Greft Kopolimer Elektrolit

Bu prosedürün genel amacı, katı polimer lityum piller oluşturmaktır. İlk olarak, bir aşılama polimeri sentezlemek için serbest radikal polimerizasyon yaklaşımını kullanın, ardından katodu lityum tozları ile kaplayın. Katı polimerin hem katod hem de lityum metal anod üzerine kaplanmasıyla işleme devam edin.

Şimdi katot ve anotu birleştirerek tam bir hücre oluşturun. İletkenlik testi, katı polimerin bir elektrolit olarak işlev görebildiğini göstermek için kullanılır. Katot partikülleri ile polimer elektrolit arasındaki ıslanmayı iyileştirmek istediğimiz için ilk olarak bu yöntem fikrini geliştirdik.

Katot karışımını sentezlemek için polimeri aynı zamanda katot bağlayıcısı olarak kullandık. Lityum demir fosfat tozlarını karbon siyahı ile bilyalı değirmenden geçirdik ve karışımı beşe bir oranında ağırlıkça greft kopolimer elektrolit çözeltisinde çözdük; ardından süspansiyonu, kapak açık halde ve sürekli karıştırma altında 80 °C'ye ısıttık. Daha sonra, uygun karışımı sağlamak için süspansiyona sonikasyon uyguladık ve manyetik olarak karıştırdık.

Şimdi, süspansiyonu 10 mg/cm²'lik bir yükleme faktörüyle alüminyum folyo üzerine doktor bıçağı (doctor blade) ile yayın. Kalan tüm tetrahidro ve nemi gidermek için kompozit katodu bir vakum fırınında 80 °C'de gece boyunca kurutun. Kompozit katodu argon dolu bir eldiven kutusuna taşıyın ve yüksek hassasiyetli bir elektrot kesici ile 1,4 cm²'lik küçük diskler şeklinde zımbalayın.

Ardından, elektrolit tabakasını oluşturmak için saf GCE çözeltisini elektrot disklere damlatma yöntemiyle uygulayın. THF'yi uçurmak için nihai katot elektrolit disklerini, çiğ noktası 80 °C olan eldiven kutusu içindeki bir ısıtıcı tabla üzerinde ısıtın. Şimdi manuel bir kapatma aletiyle, eşit büyüklükteki GCE kaplı metalik lityum disklerle birlikte CR 2 0 3 2 düğme hücreleri monte edin.

Performansı karşılaştırmak için, aynı lityum demir fosfat tozları ve lityum metal anotundan oluşan ikinci bir hücre seti hazırlayın. Ancak bağlayıcı reçine olarak A-P-V-D-F, ayırıcı olarak A-P-V-D-F ve EC/DMC oranı bir olan bir molar lityum heksa florofosfat sıvı elektrolit kullanın. Ardından, 32 kanallı bir Mac 4,000 pil test cihazı kullanarak oda sıcaklığında döngüleme testlerini gerçekleştirin.

Lityum tabanlı piller; kurşun asit, nikel, kadmiyum ve nikel metal hidrit pillere göre daha yüksek enerji yoğunluklarına sahiptir. Tam bir lityum iyon pili; bir katot ve anot, bir elektrolit ve bir separatörden oluşur. Elektrolit, hem elektrolitin kendisi üzerinden hem de elektrot-elektrolit ara yüzeylerindeki empedans nedeniyle genel güç kapasitesini etkiler.

Bu örnekte, 500.000 g/mol nihai moleküler ağırlığa sahip bir aşılı kopolimer sentezlemek için POEM ve PDMS olmak üzere iki monomer kullanılmıştır. Madeni para hücre (coin cell), gri lityum demir fosfat partikülleri, siyah karbon partikülleri, mavi spagetti, GCE ve lityum metal anotun gösterildiği bu şemada betimlendiği gibi monte edilmiştir. Sıvıların aksine, polimer zincirleri boyunca iyon iletiminin iki aktivasyon bariyerini aşması gerekir.

Koordinasyon yapan EO birimleri tarafından iyonların çözünürlüğü en yüksek bağımlılığa sahiptir ve polimerin segmental hareketi VLE Toman vulture bağımlılığına sahiptir. Oda sıcaklığındaki hücre döngü performansı verileri, geleneksel sıvı elektrolitli hücrelerin gram başına 15 milliamps ve greft kopolimer elektrolit bağlayıcılı hücrelerin gram başına 10 milliamps değerlerindeki şarj ve deşarj profillerini göstermektedir. Beklendiği üzere, katı polimer hücrelerin deşarj voltaj profilleri farklı deşarj akımlarında sıcaklığa bağımlıdır.

Deşarj voltaj profilleri, spesifik kapasitenin fonksiyonu olarak çizdirilebilir. Daha yüksek sıcaklıklarda performansın daha iyi olduğuna dikkat edin. Farklı güç yoğunluklarındaki enerji yoğunlukları, polimer ve sıvı elektrolit piller için bir Ragone grafiği olarak sunulabilir.

Bu prosedür takip edildiğinde, katı polimer pillerin yüksek sıcaklıklarda güvenli bir şekilde çalıştığına dikkat edin. Katotların gözenekliliği ve partikül boyutunun genel pil değişkenliği üzerindeki etkisi gibi ek soruları yanıtlamak için sayım ve partikül boyutu analizi gibi diğer yöntemler kullanılabilir.