Çin pili, 15 kat daha iyi elektrolit ile 350 döngüden sonra %100 kapasiteyi koruyor

Çin pili, 15 kat daha iyi elektrolit ile 350 döngüden sonra %100 kapasiteyi koruyor

• Çinli bilim insanları, bir pildeki iyonik iletkenliği artıran bir kompozit elektrolit geliştirdiler.

• Luleå Teknoloji Üniversitesi ve Çin Bilimler Akademisi araştırmacıları tarafından geliştirilen bu elektrolit, güvenli ve ultra uzun ömürlü enerji depolaması için önemli.

• Elektrolit ayrıca geleneksel malzemelere kıyasla kararlı bir döngü sağlıyor.

Yarı-katı kompozit elektrolit

Araştırmacılar, –CF2–CF–CF3 (F segmentleri) yan zincirlerinin yerleşik indüksiyon etkisinden yararlanarak aynı anda iyonik iletkenliği artıran ve kendi kendini zırhlayan LiF açısından zengin bir ara faz oluşturan flor aşılanmış yarı-katı kompozit elektrolit F-QSCE@30'u tanıttı.

Bu yenilik ayrıca, sızıntı, yanıcılık ve zayıf arayüz kararlılığı gibi sorunlar yaşayan geleneksel organik elektrolitlerdeki sıvı sınırlamalarının da üstesinden geliyor.

Araştırmacılar, F-QSCE@30'un (flor aşılanmış yarı katı hal kompozit elektrolit) bunların yerine, sıvı benzeri iletkenlik (25 °C'de 1,21 mS cm-1) sağlayan, ancak yanıcı olmayan ve mekanik olarak sağlam olan UV ile kürlenmiş, cam elyaf takviyeli bir membran kullandığını ve rulodan ruloya işlemeyi mümkün kılarken güvenlik tehlikelerini ortadan kaldırdığını belirttiler.

Gelişmiş performans

Ayrıca, elektrolitin simetrik Li||Li hücrelerini 0,1 mA cm-2'de 4.000 saatten fazla (önceki florlu sistemlere göre 15 kat daha uzun) desteklediğini ve Ni açısından zengin NCM622 tam hücrelerinin 0,5 °C ve 60 °C'de 350 döngüden sonra neredeyse %100 kapasitede kalmasını sağlayarak dendrit büyümesini ve kapasite azalmasını tek seferde giderdiğini vurguladılar.

Nano-Micro Letters dergisinde yayınlanan çalışma, F-greftli QSCE'nin (F-QSCE@30) elektrolitin genel performansını iyileştirmek için geliştirildiğini ortaya koydu. Bu çalışmada, F segmentlerinin indüktif etkisinin elektrolit performansı üzerindeki etkisi ve F segmentlerinin SEI (katı elektrolit ara fazı) bileşimi ve oluşumu üzerindeki etkisi incelendi.

Çalışmada araştırmacılar, "Sonuçlar, F-QSCE@30'un daha önce bildirilen çalışmalara kıyasla bile elektrolit ve hücre performansında önemli ölçüde iyileşme gösterdiğini, 25 °C'de 1,21 mS cm‒1'lik daha yüksek iyonik iletkenlik ve daha kararlı döngü de dahil olmak üzere," dedi.

İyon taşınımının hızlandırılması

Ayrıca, yüksek elektronegatifliğe sahip flor atomlarının elektron yoğunluğunu karbonil oksijenlerinden uzaklaştırdığını, Li+-polimer bağlanmasını zayıflattığını, aktivasyon enerjisini 0,25 eV'ye düşürdüğünü ve iyon çifti agregasyonunu baskılayarak iyon taşınımını hızlandırdığını vurguladılar.

Aynı florlu segmentler, XPS ve 3D ToF-SIMS derinlik profillemesiyle doğrulandığı üzere, LiF'ye göre öncelikli olarak ayrışarak, daha fazla elektrolit indirgenmesini engelleyen ve dendritleri mekanik olarak baskılayan yoğun ve homojen bir ara faz oluşturur.

Sodyum ve çinko-metal kimyalarında indüksiyon etkisi konsepti

Araştırmacılar ayrıca, cam elyaf iskele içindeki hekzaflorobutil metakrilat ve iyonik sıvı monomerlerin tek adımda UV ile kürlenmesiyle mevcut kaplama hatlarıyla uyumlu, çatlaksız 90 µm membranlar elde edilmesiyle malzemenin ölçeklenebilir üretim olanağı sunduğunu belirttiler.

F-QSCE@30, kapasite tutma ve hız kapasitesi için 2030 USABC hedeflerini şimdiden karşılayarak, >400 Wh kg-1 torbalı hücrelere gerçekçi bir yol açıyor.

Çin Bilimler Akademisi araştırmacılarına göre, yazarlar daha sonra indüksiyon etkisi konseptini sodyum ve çinko-metal kimyalarına genişleterek, büyük formatlı katı hal paketleri için mekanik mukavemeti optimize edecek ve elektrikli araçlar ve şebeke depolaması için daha güvenli ve enerji yoğun bir geleceğin habercisi olacaklar.

Katı hal kompozit elektrolitler (QSCE'ler), yüksek performanslı katı hal pilleri için umut vaat ediyor. Ancak daha önce, arayüz kararlılığı ve döngü performansı konusunda zorluk yaşıyorlardı.

Kaynak: IE