Ný aukefni bæta afköst litíumjónarafhlöðu við lágan hita

Mynd 1 er ferli til að búa til aukefnið.Aðallega er jónandi fljótandi sameindakeðjan grædd á pólýmetýlmetakrýlat (PMMA) nanóhvolfið með viðbrögðum til að mynda burstalíka aðalbyggingu og síðan er uppbyggingin dreift í etýlasetati (MA).Og nýtt raflausnkerfi er myndað í blönduðum leysi af própýlenkarbónati (PC).Eins og sést á mynd 2a minnkar leiðni raflausnarinnar þegar hitastigið lækkar og leiðni raflausnarinnar sem inniheldur etýlasetat er mun hærri en raflausnarinnar sem notar aðeins própýlenkarbónat sem leysi, vegna þess að tiltölulega lágt frostmark ( -96 ° C) og seigja (0,36 cp) etýlasetats stuðla að hraðri hreyfingu litíumjóna við lágt hitastig.Það má sjá á mynd 2b að seigja raflausnarinnar mun aukast eftir að hannaða aukefnið (PMMA-IL-TFSI) hefur verið bætt við, en aukningin á seigju hefur ekki áhrif á leiðni raflausnarinnar.Athyglisvert er að viðbótin á aukefninu leiðir til verulegrar aukningar á leiðni raflausnarinnar.Þetta er vegna: 1) Jóníski vökvinn hindrar storknun raflausnarinnar við lágt hitastig.Mýkingaráhrifin sem stafa af nærveru jónísks vökva dregur úr glerfasaskiptahitastigi raflausnakerfisins (mynd 2c), þannig að jónaleiðni er auðveldari við lághitaskilyrði;2) Líta má á PMMA örkúlubyggingu ágrædda með jónískum vökva sem „einjónaleiðara“.Viðbót á aukefninu eykur til muna magn litíumjóna sem hreyfast frjálslega í saltakerfinu og eykur þar með leiðni raflausnarinnar við stofuhita sem og við lágt hitastig.

Mynd 1. Tilbúin leið fyrir aukefni.

Mynd 2. (a) Leiðni raflausnarinnar sem fall af hitastigi.(b) Seigja raflausnakerfisins við mismunandi hitastig.(c) DSC greining.

Í kjölfarið báru höfundar saman rafefnafræðilegan árangur tveggja raflausnakerfa sem innihalda aukefni og engin aukaefni við mismunandi lághitaskilyrði.Það má sjá á mynd 3 að eftir að hafa hringt í 90 lotur við 0,5 C straumþéttleika er enginn marktækur munur á afkastagetu raflaustakerfanna tveggja við 20 °C.Þegar hitastigið er lækkað sýnir raflausnin sem inniheldur aukefnið betri hringrásarafköst en raflausnin án aukefnisins.Við 0 °C, -20 °C og -40 °C getur afkastageta raflausnarinnar sem inniheldur aukefnið eftir hjólreiðar náð 107, 84 og 48 mA / g, verulega hærri en getu raflausnarinnar án aukefna eftir hjólreiðar við mismunandi hitastig (í sömu röð og við 94, 40 og 5 mA/g), og coulombic skilvirkni eftir 90 lotur af raflausninni sem inniheldur aukefnið hélst 99,5%.Mynd 4 ber saman hraðafköst kerfanna tveggja við 20 ° C, -20 ° C og -40 ° C. Lækkun á hitastigi veldur lækkun á afkastagetu rafhlöðunnar, en eftir að aukefninu hefur verið bætt við er hraðinn afköst rafhlöðunnar eru verulega bætt.Til dæmis, við -20 ° C, getur rafhlaðan sem inniheldur aukefnið enn náð 38 mA/g afkastagetu við straumþéttleika 2 C, á meðan rafhlaðan án aukefnisins virkar ekki rétt við 2 C.

Mynd 3. Cyclic performance og coulombic skilvirkni rafhlöðunnar við mismunandi hitastig: (a, c) raflausn sem inniheldur aukefni;b, d) raflausn án aukaefna.

Mynd 4. Afköst rafhlöðunnar við mismunandi hitastig: (a, b, c) raflausn með aukefnum;(d, e, f) raflausn án aukaefna.

Að lokum rannsökuðu höfundarnir undirliggjandi aðferðirnar með SEM athugun og EIS prófunum og skýrðu mögulegar ástæður fyrir nærveru aukefna til að gera rafhlöðuna framúrskarandi rafefnafræðilega frammistöðu við lágt hitastig: 1) PMMA-IL-TFSI uppbygging hindrar storknun raflausna og Aukið magn litíumjóna sem hreyfast frjálslega í kerfinu veldur því að raflausnin eykst mikið við lágt hitastig;2) fjölgun litíumjóna sem hreyfist frjálslega hægir á skautunaráhrifum meðan á hleðslu og losun stendur og myndar þar með stöðuga SEI filmu;3) tilvist jónískra vökva SEI filman er gerð leiðandi og stuðlar að því að litíumjónir fari í gegnum SEI filmuna, auk hraðs hleðsluflutnings.Það má sjá á mynd 5 að SEI filman sem myndast af raflausnakerfinu sem inniheldur aukefnið er stöðugri og þéttari og það er engin augljós skemmd og sprungur eftir hringrásina og raflausnin og rafskautið bregðast frekar við.Með EIS greiningu (Mynd 6), aftur á móti, hafa saltakerfi sem innihalda aukefni minni RSEI og minni RCT, sem gefur til kynna minna viðnám litíumjónir yfir SEI himnuna og hraðari flutningur frá SEI að rafskautinu.

Mynd 5. SEM mynd af litíum lakinu eftir lok lotunnar við -20 ° C (a, c, d, f) og -40 ° C (b, e): (a, b, c) inniheldur aukefni;(d, e, f) inniheldur engin aukaefni.

Mynd 6. EIS próf við mismunandi hitastig.

Greinin var birt í hinu alþjóðlega þekkta tímariti ACS Applied Energy Materials.Aðalverkið var lokið af Dr. Li Yang, fyrsta höfundi blaðsins.