Реакция полуинтеркаляции для улучшения кинетики окислительно-восстановительного потенциала полностью твердотельных литий-серных аккумуляторов

Реакция полуинтеркаляции для улучшения кинетики окислительно-восстановительного потенциала полностью твердотельных литий-серных аккумуляторов

Информация об авторе и аннотация статьи

В 2022 году доктор Ли Чуанг из научно-исследовательского института Цинхуа в Шэньчжэне разработал твердотельную литий-сульфурированную полиакрилонитрильную (Ли-ОХВАТЫВАТЬ) батарею с полимерным электролитом с солевым покрытием.

В этой структуре сера фиксируется в полиакрилонитрильной подложке во время циклирования, предотвращается образование Li2S, так что его характеристики демонстрируют более быструю окислительно-восстановительную кинетику и меньшие изменения объема, чем обычные твердотельные литий-серные аккумуляторные системы.

Эта статья является первым отчетом по улучшению окислительно-восстановительной кинетики твердотельных Ли-ОХВАТЫВАТЬ аккумуляторов за счет изменения прочности КС-связей вместо использования катализаторов, что открывает новые возможности для разработки высокопроизводительных твердотельных литий-серных аккумуляторов. в будущем.

Экспериментальный протокол

1. Подготовка материала:1PVHF1FSI твердый электролит, твердый положительный электрод ОХВАТЫВАТЬ.

2. Электрохимический тест:Ионная проводимость электролита была протестирована с помощью ЭИС, и были подготовлены кнопочная батарея Ли-ОХВАТЫВАТЬ типа 2032 и аккумуляторные элементы в мягкой упаковке, а объемное набухание ОХВАТЫВАТЬ и литиевых отрицательных электродов было протестировано с использованием измерения набухания по толщине на месте. устройство MCS1000 (ИЭСТ).

3. Характеристика материала:СЭМ, XPS, Рамановская, ЯМР.

Анализ результатов

Рисунок 1. Эксплуатационные характеристики твердоэлектролитной мембраны 1PVHF1FSI в Ли-ОХВАТЫВАТЬ аккумуляторе

Автор характеризует характеристики твердоэлектролитной мембраны 1PVHF1FSI в Ли-ОХВАТЫВАТЬ аккумуляторе во многих аспектах, установлено, что она имеет непрерывный пористый канал, который может обеспечить хороший путь ионной проводимости, а ее хорошие механические свойства могут препятствовать росту дендриты металлического лития.

Механизм накопления ионов лития в твердых батареях Ли-ОХВАТЫВАТЬ на основе 1PVHF1FSI отличается от такового в жидких батареях Ли-ОХВАТЫВАТЬ. Последующие авторы охарактеризовали поляризационное напряжение, резюме-кривую, емкость цикла и скорость работы трех электродных материалов. дополнительно уточняется, что твердотельный ОХВАТЫВАТЬ имеет лучшую циклическую стабильность и скорость благодаря высокой окислительно-восстановительной кинетике и низкому изменению объема.

Д

Рис. 2. Анализ механизма хранения Ли в твердотельном ОХВАТЫВАТЬ

Далее автор проанализировал механизм накопления литий-иона в твердотельном ОХВАТЫВАТЬ с помощью устройств для испытаний комбинационного рассеяния света на месте и определения толщины набухания на месте. Было обнаружено, что в твердотельном ОХВАТЫВАТЬ структура Li4S2-КАСТРЮЛЯ формируется, когда ионы Ли разрывают связь SS при хранении в твердом ОХВАТЫВАТЬ, этот процесс подобен реакции интеркаляции лития, поэтому авторы называют этот механизм квазиинтеркаляцией. реакция.

Рисунок 3. Эксплуатационные характеристики твердотельных аккумуляторов ОХВАТЫВАТЬ

После анализа механизма реакции автор собрал твердотельные и жидкие батареи ОХВАТЫВАТЬ мягкий пакет, чтобы охарактеризовать их циклическую стабильность и характеристики на изгиб. Было обнаружено, что твердотельная батарея ОХВАТЫВАТЬ обладает хорошей гибкостью, скорость сохранения емкости эквивалентна характеристики пряжки и термическая стабильность электролита также очень хороши, что позволяет выдерживать воздействие короткого замыкания или укола иглой. В практических приложениях он также может заряжать смартфоны.

Подведем итог

В данной статье описывается разработка твердотельного Ли-ОХВАТЫВАТЬ аккумулятора с инкапсулированным в соль высокомолекулярным полимерным электролитом. В этой структуре S иммобилизуется в ПАН-субстрат во время циклирования,предотвращает образование Li2S и приводит к более быстрой кинетике окислительно-восстановительного потенциала и меньшему изменению объема с точки зрения производительности по сравнению с традиционными системами твердотельных батарей Ли-S. Эта работа предлагает новый подход к улучшению кинетики окислительно-восстановительного потенциала серы в твердотельном Ли-S. батареи.