নতুন সংযোজন লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারির নিম্ন তাপমাত্রার কর্মক্ষমতা উন্নত করে

চিত্র 1 যোজক সংশ্লেষণের একটি প্রক্রিয়া।প্রধানত, আয়নিক তরল আণবিক শৃঙ্খলটি পলিমিথাইল মেথাক্রাইলেট (PMMA) ন্যানোস্ফিয়ারে গ্রাফ্ট করা হয় যাতে একটি ব্রাশের মতো প্রধান কাঠামো তৈরি হয় এবং তারপরে কাঠামোটি ইথাইল অ্যাসিটেটে (MA) বিচ্ছুরিত হয়।এবং একটি নতুন ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেম প্রোপিলিন কার্বনেটের (পিসি) মিশ্র দ্রাবক দ্বারা গঠিত হয়।চিত্র 2a-তে দেখানো হয়েছে, তাপমাত্রা কমার সাথে সাথে ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা হ্রাস পায় এবং ইথাইল অ্যাসিটেটযুক্ত ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা দ্রাবক হিসাবে শুধুমাত্র প্রোপিলিন কার্বনেট ব্যবহার করে ইলেক্ট্রোলাইটের তুলনায় অনেক বেশি, কারণ তুলনামূলকভাবে কম হিমাঙ্ক বিন্দু ( -96 ° C) এবং সান্দ্রতা (0.36 cp) ইথাইল অ্যাসিটেট কম তাপমাত্রায় লিথিয়াম আয়নগুলির দ্রুত চলাচলের প্রচার করে।এটি চিত্র 2b থেকে দেখা যায় যে পরিকল্পিত সংযোজন (PMMA-IL-TFSI) যোগ করার পরে ইলেক্ট্রোলাইটের সান্দ্রতা বৃদ্ধি পাবে, তবে সান্দ্রতা বৃদ্ধি ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতাকে প্রভাবিত করে না।মজার বিষয় হল, যোগ করার ফলে ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা যথেষ্ট বৃদ্ধি পায়।এটির কারণে: 1) আয়নিক তরল কম তাপমাত্রায় ইলেক্ট্রোলাইটের দৃঢ়তাকে বাধা দেয়।আয়নিক তরল উপস্থিতি দ্বারা সৃষ্ট প্লাস্টিকাইজেশন প্রভাব ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমের গ্লাস ফেজ ট্রানজিশন তাপমাত্রা হ্রাস করে (চিত্র 2c), তাই নিম্ন তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে আয়ন পরিবাহন সহজ হয়;2) আয়নিক তরল দ্বারা গ্রাফিত PMMA মাইক্রোস্ফিয়ার গঠনটিকে একটি "একক-আয়ন পরিবাহী" হিসাবে বিবেচনা করা যেতে পারে।সংযোজনটি ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমে অবাধে চলমান লিথিয়াম আয়নের পরিমাণ ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করে, যার ফলে ঘরের তাপমাত্রার পাশাপাশি নিম্ন তাপমাত্রায় ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা বৃদ্ধি পায়।

চিত্র 1. additives জন্য সিন্থেটিক রুট.

চিত্র 2. (ক) তাপমাত্রার একটি ফাংশন হিসাবে ইলেক্ট্রোলাইটের পরিবাহিতা।(b) বিভিন্ন তাপমাত্রায় ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমের সান্দ্রতা।(c) DSC বিশ্লেষণ।

পরবর্তীকালে, লেখকরা বিভিন্ন নিম্ন তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে অ্যাডিটিভ এবং কোনও অ্যাডিটিভ নেই এমন দুটি ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পারফরম্যান্সের তুলনা করেছেন।চিত্র 3 থেকে এটি দেখা যায় যে 0.5 C এর বর্তমান ঘনত্বে 90টি চক্র সঞ্চালনের পরে, 20 °C এ দুটি ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমের ক্ষমতার মধ্যে কোন উল্লেখযোগ্য পার্থক্য নেই।তাপমাত্রা কমানোর সাথে সাথে, সংযোজনযুক্ত ইলেক্ট্রোলাইটটি সংযোজন ছাড়া ইলেক্ট্রোলাইটের তুলনায় উচ্চতর চক্র কার্যকারিতা প্রদর্শন করে।0 °C, -20 °C এবং -40 °C তাপমাত্রায়, সাইকেল চালানোর পরে সংযোজনযুক্ত ইলেক্ট্রোলাইটের ক্ষমতা 107, 84 এবং 48 mA/g পৌঁছাতে পারে, যা বিভিন্ন সময়ে সাইকেল চালানোর পরে সংযোজন ছাড়া ইলেক্ট্রোলাইটের ক্ষমতার চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি। তাপমাত্রা (যথাক্রমে 94, 40 এবং 5 mA/g), এবং কুলম্বিক কার্যকারিতা 90 চক্রের পর ইলেক্ট্রোলাইটের সংযোজনযুক্ত 99.5% এ রয়ে গেছে।চিত্র 4 20 ° C, -20 ° C, এবং -40 ° C এ দুটি সিস্টেমের কার্যক্ষমতার হার তুলনা করে। তাপমাত্রা হ্রাস ব্যাটারির ক্ষমতা হ্রাসের কারণ হয়, কিন্তু সংযোজন যুক্ত করার পরে, হার ব্যাটারির কর্মক্ষমতা ব্যাপকভাবে উন্নত হয়।উদাহরণস্বরূপ, -20 ডিগ্রি সেলসিয়াসে, অ্যাডিটিভ ধারণকারী ব্যাটারিটি এখনও 2 সি-এর বর্তমান ঘনত্বে 38 এমএ/জি ক্ষমতায় পৌঁছাতে পারে, যখন অ্যাডিটিভ ছাড়া ব্যাটারি 2 সেন্টিগ্রেডে সঠিকভাবে কাজ করছে না।

চিত্র 3. বিভিন্ন তাপমাত্রায় ব্যাটারির চক্রীয় কর্মক্ষমতা এবং কুলম্বিক দক্ষতা: (a, c) ইলেক্ট্রোলাইট যুক্ত সংযোজন;(b, d) সংযোজন ছাড়া ইলেক্ট্রোলাইট।

চিত্র 4. বিভিন্ন তাপমাত্রায় ব্যাটারির কর্মক্ষমতা হার করুন: (a, b, c) সংযোজন সহ ইলেক্ট্রোলাইট;(d, e, f) সংযোজন ছাড়া ইলেক্ট্রোলাইট।

অবশেষে, লেখকরা SEM পর্যবেক্ষণ এবং EIS পরীক্ষার মাধ্যমে অন্তর্নিহিত প্রক্রিয়াগুলি আরও তদন্ত করেছেন এবং ব্যাটারিকে কম তাপমাত্রায় চমৎকার ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পারফরম্যান্স প্রদর্শন করতে সংযোজনগুলির উপস্থিতির সম্ভাব্য কারণগুলি স্পষ্ট করেছেন: 1) PMMA-IL-TFSI গঠন ইলেক্ট্রোলাইট দৃঢ়করণকে বাধা দেয় এবং সিস্টেমে অবাধে চলমান লিথিয়াম আয়নের পরিমাণ বৃদ্ধি কম তাপমাত্রায় ইলেক্ট্রোলাইটকে ব্যাপকভাবে বৃদ্ধি করে;2) অবাধে চলমান লিথিয়াম আয়নগুলির বৃদ্ধি চার্জ এবং স্রাবের সময় মেরুকরণ প্রভাবকে ধীর করে দেয়, যার ফলে একটি স্থিতিশীল SEI ফিল্ম তৈরি হয়;3) আয়নিক তরলের উপস্থিতি SEI ফিল্মটিকে আরও পরিবাহী করা হয় এবং SEI ফিল্মের মাধ্যমে লিথিয়াম আয়নগুলির উত্তরণ, সেইসাথে দ্রুত চার্জ স্থানান্তর প্রচার করে।এটি চিত্র 5 থেকে দেখা যায় যে সংযোজনযুক্ত ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেম দ্বারা গঠিত SEI ফিল্মটি আরও স্থিতিশীল এবং দৃঢ়, এবং চক্রের পরে কোনও সুস্পষ্ট ক্ষতি এবং ফাটল নেই এবং ইলেক্ট্রোলাইট এবং ইলেক্ট্রোড আরও প্রতিক্রিয়া করে।EIS বিশ্লেষণ দ্বারা (চিত্র 6), বিপরীতে, সংযোজনযুক্ত ইলেক্ট্রোলাইট সিস্টেমে ছোট RSEI এবং ছোট RCT থাকে, যা কম প্রতিরোধের নির্দেশ করে লিথিয়াম আয়ন SEI ঝিল্লি জুড়ে এবং SEI থেকে ইলেক্ট্রোডে দ্রুত স্থানান্তর।

চিত্র 5. -20 ° C (a, c, d, f) এবং -40 ° C (b, e) এ চক্র শেষ হওয়ার পরে লিথিয়াম শীটের SEM ফটো: (a, b, c) এডিটিভ রয়েছে;(d, e, f) কোনো সংযোজন নেই।

চিত্র 6. বিভিন্ন তাপমাত্রায় EIS পরীক্ষা।

আর্টিকেলটি আন্তর্জাতিক খ্যাতিসম্পন্ন জার্নাল ACS Applied Energy Materials-এ প্রকাশিত হয়েছে।কাগজটির প্রথম লেখক ডঃ লি ইয়াং মূল কাজটি সম্পন্ন করেছিলেন।