Yeni əlavələr litium-ion batareyalarının aşağı temperatur göstəricilərini yaxşılaşdırır

Şəkil 1 əlavənin sintezi prosesidir.Əsasən, ion maye molekulyar zənciri reaksiya yolu ilə polimetil metakrilat (PMMA) nanosferinə aşılanır və fırçaya bənzər əsas struktur əmələ gətirir və sonra struktur etil asetatda (MA) səpələnir.Və propilen karbonatın (PC) qarışıq həlledicisində yeni bir elektrolit sistemi yaranır.Şəkil 2a-da göstərildiyi kimi, temperatur azaldıqca elektrolitin keçiriciliyi azalır və tərkibində etil asetat olan elektrolitin keçiriciliyi həlledici kimi yalnız propilen karbonat istifadə edilən elektrolitin keçiriciliyindən xeyli yüksəkdir, çünki nisbətən aşağı donma nöqtəsi ( -96 ° C) və etil asetatın özlülüyü (0,36 cp) aşağı temperaturda litium ionlarının sürətli hərəkətinə kömək edir.Şəkil 2b-dən görünür ki, layihələndirilmiş aşqar (PMMA-IL-TFSI) əlavə edildikdən sonra elektrolitin özlülüyü artacaq, lakin özlülüyün artması elektrolitin keçiriciliyinə təsir göstərmir.Maraqlıdır ki, əlavənin əlavə edilməsi elektrolitin keçiriciliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artması ilə nəticələnir.Bunun səbəbi: 1) İon maye elektrolitin aşağı temperaturda bərkiməsinə mane olur.İon mayesinin mövcudluğundan yaranan plastifikasiya effekti elektrolit sisteminin şüşə faza keçid temperaturunu azaldır (şəkil 2c), buna görə də aşağı temperatur şəraitində ion keçiriciliyi daha asan olur;2) İon maye ilə aşılanmış PMMA mikrosfer quruluşu “tək ion keçirici” kimi qəbul edilə bilər.Əlavənin əlavə edilməsi elektrolit sistemində sərbəst hərəkət edən litium ionlarının miqdarını xeyli artırır və bununla da otaq temperaturunda, eləcə də aşağı temperaturda elektrolitin keçiriciliyini artırır.

Şəkil 1. Əlavələr üçün sintetik marşrut.

Şəkil 2. (a) Temperaturdan asılı olaraq elektrolitin keçiriciliyi.(b) Müxtəlif temperaturlarda elektrolit sisteminin özlülüyü.(c) DSC təhlili.

Daha sonra müəlliflər müxtəlif aşağı temperatur şəraitində aşqarlar və əlavələr olmayan iki elektrolit sisteminin elektrokimyəvi göstəricilərini müqayisə etdilər.Şəkil 3-dən görünür ki, 0,5 C cərəyan sıxlığında 90 dövrə dövriyyədən sonra 20 °C-də iki elektrolit sisteminin tutumunda əhəmiyyətli fərq yoxdur.Temperatur aşağı salındıqca, tərkibində aşqar olan elektrolit aşqarsız elektrolitdən daha üstün dövriyyə performansı nümayiş etdirir.0 °C, -20 °C və -40 °C-də, velosipeddən sonra aşqar olan elektrolitin tutumu 107, 84 və 48 mA / g-ə çata bilər ki, bu da müxtəlif dövrlərdə velosiped sürdükdən sonra əlavələr olmadan elektrolitin tutumundan əhəmiyyətli dərəcədə yüksəkdir. temperaturlarda (müvafiq olaraq 94, 40 və 5 mA/g) və aşqar olan elektrolitin 90 dövründən sonra kulon səmərəliliyi 99,5% səviyyəsində qaldı.Şəkil 4 iki sistemin 20 ° C, -20 ° C və -40 ° C-də sürət performansını müqayisə edir. Temperaturun azalması batareyanın tutumunun azalmasına səbəb olur, lakin əlavə əlavə edildikdən sonra sürət batareyanın performansı xeyli yaxşılaşır.Məsələn, -20 ° C-də aşqar olan batareya hələ də 2 C cərəyan sıxlığında 38 mA/g tutuma çata bilər, əlavəsiz batareya isə 2 C-də düzgün işləmir.

Şəkil 3. Müxtəlif temperaturlarda akkumulyatorun tsiklik performansı və kulon səmərəliliyi: (a, c) aşqarlar olan elektrolit;(b, d) qatqısız elektrolit.

Şəkil 4. Batareyanın müxtəlif temperaturlarda performans dərəcəsi: (a, b, c) aşqarlarla elektrolit;(d, e, f) qatqısız elektrolit.

Nəhayət, müəlliflər SEM müşahidəsi və EIS testi ilə əsas mexanizmləri daha da araşdırdılar və batareyanın aşağı temperaturda əla elektrokimyəvi performans nümayiş etdirməsi üçün əlavələrin mövcudluğunun mümkün səbəblərini aydınlaşdırdılar: 1) PMMA-IL-TFSI strukturu elektrolitlərin bərkiməsini maneə törədir və Sistemdə sərbəst hərəkət edən litium ionlarının miqdarının artırılması elektrolitin aşağı temperaturda çox artmasına səbəb olur;2) sərbəst hərəkət edən litium ionlarının artması şarj və boşalma zamanı polarizasiya effektini ləngidir və bununla da sabit SEI filmi əmələ gətirir;3) ion mayelərinin olması SEI filmi daha keçirici hala gətirilir və litium ionlarının SEI filmindən keçməsinə, həmçinin sürətli yük ötürülməsinə kömək edir.Şəkil 5-dən görünür ki, aşqar olan elektrolit sistemindən əmələ gələn SEİ plyonka daha dayanıqlı və möhkəmdir və sikldən sonra aşkar zədə və çatlar olmur, elektrolit və elektrod daha sonra reaksiya verir.EIS analizi ilə (Şəkil 6), əksinə, əlavələr olan elektrolit sistemləri daha kiçik RSEI və daha kiçik RCT-yə malikdir, bu da daha az müqaviməti göstərir. litium ionları SEI membranı boyunca və SEI-dən elektroda daha sürətli miqrasiya.

Şəkil 5. -20 ° C (a, c, d, f) və -40 ° C (b, e) dövrünün bitməsindən sonra litium təbəqənin SEM fotoşəkili: (a, b, c) əlavələri ehtiva edir;(d, e , f) tərkibində heç bir əlavə yoxdur.

Şəkil 6. Müxtəlif temperaturlarda EIS testi.

Məqalə beynəlxalq səviyyədə tanınmış ACS Applied Energy Materials jurnalında dərc olunub.Əsas işi məqalənin ilk müəllifi Dr. Li Yang tamamladı.