కొత్త సంకలనాలు లిథియం అయాన్ బ్యాటరీల తక్కువ ఉష్ణోగ్రత పనితీరును మెరుగుపరుస్తాయి

మూర్తి 1 అనేది సంకలితాన్ని సంశ్లేషణ చేసే ప్రక్రియ.ప్రధానంగా, అయానిక్ లిక్విడ్ మాలిక్యులర్ చైన్‌ను పాలీమిథైల్ మెథాక్రిలేట్ (PMMA) నానోస్పియర్‌పై చర్య ద్వారా ఒక బ్రష్ లాంటి ప్రధాన నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, ఆపై నిర్మాణం ఇథైల్ అసిటేట్ (MA)లో చెదరగొట్టబడుతుంది.మరియు ప్రొపైలిన్ కార్బోనేట్ (PC) మిశ్రమ ద్రావకంలో కొత్త ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థ ఏర్పడుతుంది.అంజీర్ 2aలో చూపినట్లుగా, ఉష్ణోగ్రత తగ్గుతున్న కొద్దీ ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకత తగ్గుతుంది మరియు ఇథైల్ అసిటేట్ కలిగిన ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకత ప్రొపైలిన్ కార్బోనేట్‌ను మాత్రమే ద్రావకం వలె ఉపయోగించే ఎలక్ట్రోలైట్ కంటే చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే సాపేక్షంగా తక్కువ ఘనీభవన స్థానం ( -96 ° C) మరియు ఇథైల్ అసిటేట్ యొక్క స్నిగ్ధత (0.36 cp) తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లిథియం అయాన్ల వేగవంతమైన కదలికను ప్రోత్సహిస్తుంది.రూపొందించిన సంకలితం (PMMA-IL-TFSI) కలిపిన తర్వాత ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క స్నిగ్ధత పెరుగుతుందని Fig. 2b నుండి చూడవచ్చు, అయితే స్నిగ్ధత పెరుగుదల ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకతను ప్రభావితం చేయదు.ఆసక్తికరంగా, సంకలితాన్ని జోడించడం వల్ల ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకత గణనీయంగా పెరుగుతుంది.దీనికి కారణం: 1) అయానిక్ ద్రవం తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క ఘనీభవనాన్ని నిరోధిస్తుంది.అయానిక్ లిక్విడ్ ఉండటం వల్ల ఏర్పడే ప్లాస్టిసైజేషన్ ప్రభావం ఎలక్ట్రోలైట్ సిస్టమ్ (Fig. 2c) యొక్క గాజు దశ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతను తగ్గిస్తుంది, కాబట్టి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులలో అయాన్ ప్రసరణ సులభం;2) అయానిక్ ద్రవం ద్వారా అంటు వేసిన PMMA మైక్రోస్పియర్ నిర్మాణాన్ని ఇది "సింగిల్-అయాన్ కండక్టర్"గా పరిగణించవచ్చు.సంకలితం యొక్క జోడింపు ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థలో స్వేచ్ఛగా కదిలే లిథియం అయాన్ల మొత్తాన్ని బాగా పెంచుతుంది, తద్వారా గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకత పెరుగుతుంది.

మూర్తి 1. సంకలితాల కోసం సింథటిక్ మార్గం.

మూర్తి 2. (a) ఉష్ణోగ్రత యొక్క విధిగా ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క వాహకత.(బి) వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థ యొక్క స్నిగ్ధత.(సి) DSC విశ్లేషణ.

తదనంతరం, రచయితలు సంకలితాలను కలిగి ఉన్న రెండు ఎలక్ట్రోలైట్ సిస్టమ్‌ల యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ పనితీరును పోల్చారు మరియు వివిధ తక్కువ ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులలో సంకలనాలు లేవు.ఇది 0.5 C ప్రస్తుత సాంద్రత వద్ద 90 చక్రాలను ప్రసరించిన తర్వాత, 20 °C వద్ద రెండు ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థల సామర్థ్యంలో గణనీయమైన తేడా లేదు అని అంజీర్ 3 నుండి చూడవచ్చు.ఉష్ణోగ్రత తగ్గించబడినప్పుడు, సంకలితం లేని ఎలక్ట్రోలైట్ కంటే సంకలితాన్ని కలిగి ఉన్న ఎలక్ట్రోలైట్ అత్యుత్తమ చక్ర పనితీరును ప్రదర్శిస్తుంది.0 °C, -20 °C మరియు -40 °C వద్ద, సైక్లింగ్ తర్వాత సంకలితాన్ని కలిగి ఉన్న ఎలక్ట్రోలైట్ సామర్థ్యం 107, 84 మరియు 48 mA / gకి చేరుకుంటుంది, వివిధ సమయాల్లో సైక్లింగ్ చేసిన తర్వాత సంకలితాలు లేని ఎలక్ట్రోలైట్ సామర్థ్యం కంటే చాలా ఎక్కువ. ఉష్ణోగ్రతలు (వరుసగా 94, 40 మరియు 5 mA/g వద్ద), మరియు సంకలితాన్ని కలిగి ఉన్న ఎలక్ట్రోలైట్ యొక్క 90 చక్రాల తర్వాత కూలంబిక్ సామర్థ్యం 99.5% వద్ద ఉంది.మూర్తి 4 20 ° C, -20 ° C, మరియు -40 ° C వద్ద రెండు సిస్టమ్‌ల రేటు పనితీరును పోల్చింది. ఉష్ణోగ్రతలో తగ్గుదల బ్యాటరీ సామర్థ్యంలో తగ్గుదలకు కారణమవుతుంది, అయితే సంకలితాన్ని కలిపిన తర్వాత, రేటు బ్యాటరీ పనితీరు బాగా మెరుగుపడింది.ఉదాహరణకు, -20 ° C వద్ద, సంకలితాన్ని కలిగి ఉన్న బ్యాటరీ ఇప్పటికీ 2 C ప్రస్తుత సాంద్రత వద్ద 38 mA/g సామర్థ్యాన్ని చేరుకోగలదు, అయితే సంకలితం లేని బ్యాటరీ 2 C వద్ద సరిగ్గా పనిచేయదు.

మూర్తి 3. వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బ్యాటరీ యొక్క చక్రీయ పనితీరు మరియు కూలంబిక్ సామర్థ్యం: (a, c) సంకలితాలను కలిగి ఉన్న ఎలక్ట్రోలైట్;(బి, డి) సంకలితం లేని ఎలక్ట్రోలైట్.

మూర్తి 4. వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బ్యాటరీ పనితీరు రేటు: (a, b, c) సంకలితాలతో కూడిన ఎలక్ట్రోలైట్;(d, e, f) సంకలితం లేని ఎలక్ట్రోలైట్.

చివరగా, రచయితలు SEM పరిశీలన మరియు EIS పరీక్షల ద్వారా అంతర్లీన విధానాలను మరింత పరిశోధించారు మరియు బ్యాటరీ తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అద్భుతమైన ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరును ప్రదర్శించేలా సంకలితాల ఉనికికి గల కారణాలను స్పష్టం చేశారు: 1) PMMA-IL-TFSI నిర్మాణం ఎలక్ట్రోలైట్ పటిష్టతను నిరోధిస్తుంది మరియు వ్యవస్థలో స్వేచ్ఛగా కదిలే లిథియం అయాన్ల పరిమాణాన్ని పెంచడం వల్ల తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఎలక్ట్రోలైట్ బాగా పెరుగుతుంది;2) స్వేచ్ఛగా కదిలే లిథియం అయాన్ల పెరుగుదల ఛార్జ్ మరియు ఉత్సర్గ సమయంలో ధ్రువణ ప్రభావాన్ని తగ్గిస్తుంది, తద్వారా స్థిరమైన SEI ఫిల్మ్ ఏర్పడుతుంది;3) అయానిక్ ద్రవాల ఉనికి SEI ఫిల్మ్ మరింత వాహకతతో తయారు చేయబడింది మరియు SEI ఫిల్మ్ ద్వారా లిథియం అయాన్ల ప్రకరణాన్ని ప్రోత్సహిస్తుంది, అలాగే వేగవంతమైన ఛార్జ్ బదిలీని ప్రోత్సహిస్తుంది.సంకలితాన్ని కలిగి ఉన్న ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థ ద్వారా ఏర్పడిన SEI ఫిల్మ్ మరింత స్థిరంగా మరియు దృఢంగా ఉంటుంది మరియు చక్రం తర్వాత ఎటువంటి స్పష్టమైన నష్టం మరియు పగుళ్లు ఉండవు మరియు ఎలక్ట్రోలైట్ మరియు ఎలక్ట్రోడ్ మరింత ప్రతిస్పందిస్తాయని అంజీర్ 5 నుండి చూడవచ్చు.EIS విశ్లేషణ ద్వారా (మూర్తి 6), దీనికి విరుద్ధంగా, సంకలితాలను కలిగి ఉన్న ఎలక్ట్రోలైట్ వ్యవస్థలు చిన్న RSEI మరియు చిన్న RCTని కలిగి ఉంటాయి, ఇది తక్కువ నిరోధకతను సూచిస్తుంది. లిథియం అయాన్లు SEI పొర అంతటా మరియు SEI నుండి ఎలక్ట్రోడ్‌కు వేగవంతమైన వలస.

మూర్తి 5. -20 ° C (a, c, d, f) మరియు -40 ° C (b, e) వద్ద చక్రం ముగిసిన తర్వాత లిథియం షీట్ యొక్క SEM ఫోటో: (a, b, c) సంకలితాలను కలిగి ఉంటుంది;(d, e , f) సంకలితాలను కలిగి ఉండదు.

మూర్తి 6. వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద EIS పరీక్ష.

అంతర్జాతీయంగా ప్రసిద్ధి చెందిన ఏసీఎస్ అప్లైడ్ ఎనర్జీ మెటీరియల్స్ జర్నల్‌లో ఈ కథనం ప్రచురితమైంది.ప్రధాన పనిని పేపర్ యొక్క మొదటి రచయిత డాక్టర్ లి యాంగ్ పూర్తి చేశారు.