ಹೊಸ ಸೇರ್ಪಡೆಗಳು ಲಿಥಿಯಂ ಐಯಾನ್ ಬ್ಯಾಟರಿಗಳ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ

ಚಿತ್ರ 1 ಸಂಯೋಜಕವನ್ನು ಸಂಶ್ಲೇಷಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ.ಮುಖ್ಯವಾಗಿ, ಅಯಾನಿಕ್ ದ್ರವ ಆಣ್ವಿಕ ಸರಪಳಿಯನ್ನು ಪೊಲಿಮೆಥೈಲ್ ಮೆಥಾಕ್ರಿಲೇಟ್ (PMMA) ನ್ಯಾನೊಸ್ಫಿಯರ್‌ಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಮೂಲಕ ಬ್ರಷ್-ರೀತಿಯ ಮುಖ್ಯ ರಚನೆಯನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಕಸಿಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ನಂತರ ರಚನೆಯು ಈಥೈಲ್ ಅಸಿಟೇಟ್ (MA) ನಲ್ಲಿ ಹರಡುತ್ತದೆ.ಮತ್ತು ಪ್ರೋಪಿಲೀನ್ ಕಾರ್ಬೋನೇಟ್ (PC) ನ ಮಿಶ್ರ ದ್ರಾವಕದಲ್ಲಿ ಹೊಸ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ರೂಪುಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.ಚಿತ್ರ 2a ನಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಿರುವಂತೆ, ತಾಪಮಾನ ಕಡಿಮೆಯಾದಂತೆ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ವಾಹಕತೆಯು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಈಥೈಲ್ ಅಸಿಟೇಟ್ ಹೊಂದಿರುವ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ವಾಹಕತೆಯು ದ್ರಾವಕವಾಗಿ ಪ್ರೋಪಿಲೀನ್ ಕಾರ್ಬೋನೇಟ್ ಅನ್ನು ಮಾತ್ರ ಬಳಸುವ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನದಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ತುಲನಾತ್ಮಕವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಘನೀಕರಿಸುವ ಬಿಂದು ( -96 ° C) ಮತ್ತು ಈಥೈಲ್ ಅಸಿಟೇಟ್‌ನ ಸ್ನಿಗ್ಧತೆ (0.36 cp) ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಲಿಥಿಯಂ ಅಯಾನುಗಳ ತ್ವರಿತ ಚಲನೆಯನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ.ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಿದ ಸಂಯೋಜಕವನ್ನು (PMMA-IL-TFSI) ಸೇರಿಸಿದ ನಂತರ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ಸ್ನಿಗ್ಧತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಚಿತ್ರ 2b ನಿಂದ ನೋಡಬಹುದಾಗಿದೆ, ಆದರೆ ಸ್ನಿಗ್ಧತೆಯ ಹೆಚ್ಚಳವು ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ವಾಹಕತೆಯ ಮೇಲೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುವುದಿಲ್ಲ.ಕುತೂಹಲಕಾರಿಯಾಗಿ, ಸಂಯೋಜಕವನ್ನು ಸೇರಿಸುವುದರಿಂದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ವಾಹಕತೆಯಲ್ಲಿ ಗಣನೀಯ ಹೆಚ್ಚಳವಾಗುತ್ತದೆ.ಇದಕ್ಕೆ ಕಾರಣ: 1) ಅಯಾನಿಕ್ ದ್ರವವು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ಘನೀಕರಣವನ್ನು ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸುತ್ತದೆ.ಅಯಾನಿಕ್ ದ್ರವದ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಪ್ಲಾಸ್ಟಿಸೇಶನ್ ಪರಿಣಾಮವು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಸಿಸ್ಟಮ್ನ ಗಾಜಿನ ಹಂತದ ಪರಿವರ್ತನೆಯ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ (Fig. 2c), ಆದ್ದರಿಂದ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಅಯಾನು ವಹನವು ಸುಲಭವಾಗಿರುತ್ತದೆ;2) ಅಯಾನಿಕ್ ದ್ರವದಿಂದ ಕಸಿಮಾಡಲಾದ PMMA ಮೈಕ್ರೋಸ್ಪಿಯರ್ ರಚನೆಯನ್ನು "ಏಕ-ಅಯಾನ್ ಕಂಡಕ್ಟರ್" ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಬಹುದು.ಸಂಯೋಜಕವನ್ನು ಸೇರಿಸುವುದರಿಂದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಮುಕ್ತವಾಗಿ ಚಲಿಸುವ ಲಿಥಿಯಂ ಅಯಾನುಗಳ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ.

ಚಿತ್ರ 1. ಸೇರ್ಪಡೆಗಳಿಗೆ ಸಂಶ್ಲೇಷಿತ ಮಾರ್ಗ.

ಚಿತ್ರ 2. (ಎ) ತಾಪಮಾನದ ಕಾರ್ಯವಾಗಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ವಾಹಕತೆ.(ಬಿ) ವಿವಿಧ ತಾಪಮಾನಗಳಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಸ್ನಿಗ್ಧತೆ.(ಸಿ) DSC ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ.

ತರುವಾಯ, ಲೇಖಕರು ಎರಡು ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೋಲಿಸಿದರು ಸೇರ್ಪಡೆಗಳು ಮತ್ತು ವಿಭಿನ್ನ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಯಾವುದೇ ಸೇರ್ಪಡೆಗಳಿಲ್ಲ.0.5 C ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ 90 ಚಕ್ರಗಳನ್ನು ಪರಿಚಲನೆ ಮಾಡಿದ ನಂತರ, 20 °C ನಲ್ಲಿ ಎರಡು ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಲ್ಲಿ ಗಮನಾರ್ಹ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಿಲ್ಲ ಎಂದು ಚಿತ್ರ 3 ರಿಂದ ನೋಡಬಹುದಾಗಿದೆ.ತಾಪಮಾನವು ಕಡಿಮೆಯಾದಂತೆ, ಸಂಯೋಜಕವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವು ಸಂಯೋಜಕವಿಲ್ಲದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಉತ್ತಮವಾದ ಚಕ್ರ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸುತ್ತದೆ.0 °C, -20 °C ಮತ್ತು -40 °C ನಲ್ಲಿ, ಸೈಕ್ಲಿಂಗ್ ನಂತರ ಸಂಯೋಜಕವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು 107, 84 ಮತ್ತು 48 mA / g ಅನ್ನು ತಲುಪಬಹುದು, ವಿವಿಧ ಸೈಕ್ಲಿಂಗ್ ನಂತರ ಸೇರ್ಪಡೆಗಳಿಲ್ಲದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ. ತಾಪಮಾನಗಳು (ಕ್ರಮವಾಗಿ 94, 40 ಮತ್ತು 5 mA/g ನಲ್ಲಿ), ಮತ್ತು ಸಂಯೋಜಕವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ 90 ಚಕ್ರಗಳ ನಂತರ ಕೂಲಂಬಿಕ್ ದಕ್ಷತೆಯು 99.5% ನಲ್ಲಿ ಉಳಿಯಿತು.ಚಿತ್ರ 4 ಎರಡು ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ದರ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು 20 ° C, -20 ° C ಮತ್ತು -40 ° C ನಲ್ಲಿ ಹೋಲಿಸುತ್ತದೆ. ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿನ ಇಳಿಕೆಯು ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಲ್ಲಿ ಇಳಿಕೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಸಂಯೋಜಕವನ್ನು ಸೇರಿಸಿದ ನಂತರ ದರ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯು ಹೆಚ್ಚು ಸುಧಾರಿಸಿದೆ.ಉದಾಹರಣೆಗೆ, -20 ° C ನಲ್ಲಿ, ಸಂಯೋಜಕವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಬ್ಯಾಟರಿಯು ಇನ್ನೂ 2 C ಪ್ರಸ್ತುತ ಸಾಂದ್ರತೆಯಲ್ಲಿ 38 mA/g ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ತಲುಪಬಹುದು, ಆದರೆ ಸಂಯೋಜಕವಿಲ್ಲದ ಬ್ಯಾಟರಿಯು 2 C ನಲ್ಲಿ ಸರಿಯಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವುದಿಲ್ಲ.

ಚಿತ್ರ 3. ವಿವಿಧ ತಾಪಮಾನಗಳಲ್ಲಿ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ಆವರ್ತಕ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಮತ್ತು ಕೂಲಂಬಿಕ್ ದಕ್ಷತೆ: (ಎ, ಸಿ) ಸೇರ್ಪಡೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್;(ಬಿ, ಡಿ) ಸೇರ್ಪಡೆಗಳಿಲ್ಲದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ.

ಚಿತ್ರ 4. ವಿವಿಧ ತಾಪಮಾನಗಳಲ್ಲಿ ಬ್ಯಾಟರಿಯ ದರ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ: (ಎ, ಬಿ, ಸಿ) ಸೇರ್ಪಡೆಗಳೊಂದಿಗೆ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ;(d, e, f) ಸೇರ್ಪಡೆಗಳಿಲ್ಲದ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ.

ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ಲೇಖಕರು SEM ವೀಕ್ಷಣೆ ಮತ್ತು EIS ಪರೀಕ್ಷೆಯ ಮೂಲಕ ಆಧಾರವಾಗಿರುವ ಕಾರ್ಯವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ತನಿಖೆ ಮಾಡಿದರು ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಬ್ಯಾಟರಿ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಕೆಮಿಕಲ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಪ್ರದರ್ಶಿಸಲು ಸೇರ್ಪಡೆಗಳ ಉಪಸ್ಥಿತಿಗೆ ಸಂಭವನೀಯ ಕಾರಣಗಳನ್ನು ಸ್ಪಷ್ಟಪಡಿಸಿದರು: 1) PMMA-IL-TFSI ರಚನೆಯು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಘನೀಕರಣವನ್ನು ಪ್ರತಿಬಂಧಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಮುಕ್ತವಾಗಿ ಚಲಿಸುವ ಲಿಥಿಯಂ ಅಯಾನುಗಳ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದರಿಂದ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯವು ಹೆಚ್ಚು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ;2) ಮುಕ್ತವಾಗಿ ಚಲಿಸುವ ಲಿಥಿಯಂ ಅಯಾನುಗಳ ಹೆಚ್ಚಳವು ಚಾರ್ಜ್ ಮತ್ತು ಡಿಸ್ಚಾರ್ಜ್ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಧ್ರುವೀಕರಣದ ಪರಿಣಾಮವನ್ನು ನಿಧಾನಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಸ್ಥಿರವಾದ SEI ಫಿಲ್ಮ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ;3) ಅಯಾನಿಕ್ ದ್ರವಗಳ ಉಪಸ್ಥಿತಿ SEI ಫಿಲ್ಮ್ ಅನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ವಾಹಕವಾಗಿ ಮಾಡಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು SEI ಫಿಲ್ಮ್ ಮೂಲಕ ಲಿಥಿಯಂ ಅಯಾನುಗಳ ಅಂಗೀಕಾರವನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ, ಜೊತೆಗೆ ಕ್ಷಿಪ್ರ ಚಾರ್ಜ್ ವರ್ಗಾವಣೆಯನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ.ಸಂಯೋಜಕವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಿಂದ ರೂಪುಗೊಂಡ SEI ಫಿಲ್ಮ್ ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಥಿರವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ದೃಢವಾಗಿರುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಚಕ್ರದ ನಂತರ ಯಾವುದೇ ಸ್ಪಷ್ಟವಾದ ಹಾನಿ ಮತ್ತು ಬಿರುಕುಗಳಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವು ಮತ್ತಷ್ಟು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಚಿತ್ರ 5 ರಿಂದ ನೋಡಬಹುದಾಗಿದೆ.EIS ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯಿಂದ (ಚಿತ್ರ 6), ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ಸೇರ್ಪಡೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು ಚಿಕ್ಕ RSEI ಮತ್ತು ಸಣ್ಣ RCT ಅನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಇದು ಕಡಿಮೆ ಪ್ರತಿರೋಧವನ್ನು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಲಿಥಿಯಂ ಅಯಾನುಗಳು SEI ಮೆಂಬರೇನ್‌ನಾದ್ಯಂತ ಮತ್ತು SEI ನಿಂದ ವಿದ್ಯುದ್ವಾರಕ್ಕೆ ವೇಗವಾಗಿ ವಲಸೆ.

ಚಿತ್ರ 5. -20 ° C (a, c, d, f) ಮತ್ತು -40 ° C (b, e) ನಲ್ಲಿ ಚಕ್ರದ ಅಂತ್ಯದ ನಂತರ ಲಿಥಿಯಂ ಹಾಳೆಯ SEM ಫೋಟೋ: (a, b, c) ಸೇರ್ಪಡೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ;(d, e , f) ಯಾವುದೇ ಸೇರ್ಪಡೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿಲ್ಲ.

ಚಿತ್ರ 6. ವಿವಿಧ ತಾಪಮಾನಗಳಲ್ಲಿ EIS ಪರೀಕ್ಷೆ.

ಈ ಲೇಖನವನ್ನು ಅಂತಾರಾಷ್ಟ್ರೀಯ ಖ್ಯಾತಿಯ ಜರ್ನಲ್ ಎಸಿಎಸ್ ಅಪ್ಲೈಡ್ ಎನರ್ಜಿ ಮೆಟೀರಿಯಲ್ಸ್ ನಲ್ಲಿ ಪ್ರಕಟಿಸಲಾಗಿದೆ.ಪತ್ರಿಕೆಯ ಮೊದಲ ಲೇಖಕರಾದ ಡಾ. ಲಿ ಯಾಂಗ್ ಅವರು ಮುಖ್ಯ ಕೆಲಸವನ್ನು ಪೂರ್ಣಗೊಳಿಸಿದರು.