Novaj aldonaĵoj plibonigas malalttemperaturan agadon de litiojonaj kuirilaroj

Figuro 1 estas procezo de sintezado de la aldonaĵo.Ĉefe, la jona likva molekula ĉeno estas greftita sur la polimetilmetacrilato (PMMA) nanosfero per reago por formi bros-similan ĉefan strukturon, kaj tiam la strukturo estas disigita en etilacetato (MA).Kaj nova elektrolitsistemo formiĝas en miksita solvilo de propilenkarbonato (PC).Kiel montrite en Fig. 2a, la konduktiveco de la elektrolito malpliiĝas kiam la temperaturo malpliiĝas, kaj la konduktiveco de la elektrolito enhavanta etilacetaton estas multe pli alta ol tiu de la elektrolito uzante nur propilenkarbonaton kiel la solvilon, ĉar La relative malalta frostopunkto ( -96 ° C) kaj viskozeco (0,36 cp) de etilacetato antaŭenigas la rapidan movadon de litiaj jonoj ĉe malaltaj temperaturoj.Oni povas vidi de Fig. 2b, ke la viskozeco de la elektrolito pliiĝos post la aldono de la desegnita aldonaĵo (PMMA-IL-TFSI), sed la pliiĝo de viskozeco ne influas la konduktivecon de la elektrolito.Interese, la aldono de la aldonaĵo rezultigas grandan kreskon de la kondukteco de la elektrolito.Ĉi tio estas pro: 1) La jona likvaĵo malhelpas la solidiĝon de la elektrolito ĉe malaltaj temperaturoj.La plastiga efiko kaŭzita de la ĉeesto de jona likvaĵo reduktas la vitran transiran temperaturon de la elektrolitsistemo (Fig. 2c), do jona kondukado estas pli facila sub malaltaj temperaturoj;2) PMMA mikrosfera strukturo greftita de jona likvaĵo povas esti rigardata kiel Ĝi estas "unu-jona konduktoro".La aldono de la aldonaĵo multe pliigas la kvanton de libere moviĝantaj litiojonoj en la elektrolitsistemo, tiel pliigante la konduktivecon de la elektrolito ĉe ĉambra temperaturo same kiel ĉe malaltaj temperaturoj.

Figuro 1. Sinteza vojo por aldonaĵoj.

Figuro 2. (a) La konduktiveco de la elektrolito kiel funkcio de temperaturo.(b) Viskozeco de la elektrolitsistemo ĉe malsamaj temperaturoj.(c) DSC-analizo.

Poste, la aŭtoroj komparis la elektrokemian agadon de du elektrolitsistemoj enhavantaj aldonaĵojn kaj neniujn aldonaĵojn ĉe malsamaj malaltaj temperaturoj.Oni povas vidi el Fig. 3, ke post cirkulado de 90 cikloj ĉe kurenta denseco de 0,5 C, ekzistas neniu signifa diferenco en la kapacito de la du elektrolitsistemoj je 20 °C.Ĉar la temperaturo estas malaltigita, la elektrolito enhavanta la aldonaĵon elmontras superan ciklefikecon ol la elektrolito sen la aldonaĵo.Je 0 °C, -20 °C kaj -40 °C, la kapablo de la elektrolito enhavanta la aldonaĵon post biciklado povas atingi 107, 84 kaj 48 mA / g, signife pli alta ol la kapablo de la elektrolito sen aldonaĵoj post biciklado je malsamaj. temperaturoj (respektive Je 94, 40 kaj 5 mA/g), kaj la coulombic efikeco post 90 cikloj de la elektrolito enhavanta la aldonaĵon restis ĉe 99,5%.La figuro 4 komparas la tarifon de la du sistemoj je 20 °C, -20 °C kaj -40 °C. Malkresko de temperaturo kaŭzas malpliiĝon de la kapacito de la kuirilaro, sed post la aldono de la aldonaĵo, la indico. rendimento de la baterio estas multe plibonigita.Ekzemple, je -20 °C, la baterio enhavanta la aldonaĵon ankoraŭ povas atingi kapaciton de 38 mA/g je kurenta denseco de 2 C, dum la baterio sen la aldonaĵo ne funkcias ĝuste je 2 C.

Figuro 3. Cikla agado kaj coulombic efikeco de la baterio ĉe malsamaj temperaturoj: (a, c) elektrolito enhavanta aldonaĵojn;(b, d) elektrolito sen aldonaĵoj.

Figuro 4. Takso agado de la kuirilaro ĉe malsamaj temperaturoj: (a, b, c) elektrolito kun aldonaĵoj;(d, e, f) elektrolito sen aldonaĵoj.

Fine, la aŭtoroj plue esploris la subestajn mekanismojn per SEM-observado kaj EIS-testado, kaj klarigis la eblajn kialojn por la ĉeesto de aldonaĵoj por ke la kuirilaro elmontru bonegan elektrokemian agadon ĉe malaltaj temperaturoj: 1) PMMA-IL-TFSI-strukturo malhelpas elektrolitan solidiĝon kaj Pliigi la kvanton de libere moviĝantaj litiojonoj en la sistemo faras la elektroliton multe pliiĝi ĉe malaltaj temperaturoj;2) la pliiĝo de libere moviĝantaj litiaj jonoj malrapidigas la polusigan efikon dum ŝarĝo kaj malŝarĝo, tiel formante stabilan SEI-filmon;3) la ĉeesto de jonaj likvaĵoj La SEI-filmo fariĝas pli konduktiva kaj antaŭenigas la trairejon de litiojonoj tra la SEI-filmo, same kiel rapidan ŝargan translokigon.Oni povas vidi el Fig. 5, ke la SEI-filmo formita de la elektrolitsistemo enhavanta la aldonaĵon estas pli stabila kaj firma, kaj ne estas evidenta damaĝo kaj fendoj post la ciklo, kaj la elektrolito kaj la elektrodo estas plu reagata.Per EIS-analizo (Figuro 6), kontraste, elektrolitsistemoj enhavantaj aldonaĵojn havas pli malgrandan RSEI kaj pli malgrandan RCT, indikante malpli da rezisto de litiaj jonoj trans la SEI-membrano kaj pli rapida migrado de SEI al la elektrodo.

Figuro 5. SEM-foto de la litia folio post la fino de la ciklo je -20 ° C (a, c, d, f) kaj -40 ° C (b, e): (a, b, c) enhavas aldonaĵojn;(d, e , f) enhavas neniujn aldonaĵojn.

Figuro 6. EIS-testo ĉe malsamaj temperaturoj.

La artikolo estis publikigita en la internacie fama revuo ACS Applied Energy Materials.La ĉefan verkon finis d-ro Li Yang, la unua aŭtoro de la artikolo.