Ny hybridelektrolyt til højtydende Li-ion-batterier

Li-ion-batterier (LIB'er) er meget brugte batterier, der understøtter det moderne ITC-samfund, herunder smartphones og elbiler. LIB'er oplades og aflades gentagne gange ved at Li-ioner passerer frem og tilbage mellem de positive og negative elektroder, hvor Li-ion-elektrolytten fungerer som en passage for ionerne.

Normalt er organiske elektrolytter såsom flydende ethylencarbonat (EC) og deres geler blevet brugt som Li-ion-elektrolyt på grund af deres spændingsmodstand og ioniske ledningsevne. Men da væsker og geler er brandfarlige, er et skift til sikrere polymere faste elektrolytter at foretrække.

Polymere faste elektrolytter såsom polyethylenglycol (PEG) er blevet foreslået som slagfaste Li-ion-elektrolytter. Imidlertid krystalliserer PEG-baserede polymerelektrolytter nær stuetemperatur, hvilket resulterer i et betydeligt fald i Li-ion-ledningsevne til omkring 10 ^-6 S/cm ved stuetemperatur.

For at løse dette problem har en forskergruppe opfundet en ny type polymer fast elektrolyt ved at kombinere en porøs polymermembran med flere mikronporer og en foto-tværbindelig polyethylenglycol PEG-baseret polymerelektrolyt. Den polymere faste elektrolyt realiserede et bredt potentialevindue (4,7 V), en høj Li-ion-ledningsevne i 10 ^-4 S/cm-klasse, som svarer til en væske og tilstrækkelig til praktisk brug, og et højt Li-ion-overførselstal (0,39).

Li-ioner, der overføres i elektrolytten, bevæger sig i forskellige retninger på grund af naturlig diffusion. Afstanden er flere µm til 10 µm og bevæger sig ikke altid lineært mellem elektroderne, hvilket er en af ​​årsagerne til faldet i ionkonduktivitet. I denne undersøgelse blev ydeevnen af ​​foto-tværbundne PEG-baserede faste polymerelektrolytter derfor forbedret ved at sammensætte dem med porøse membraner i mikronstørrelse.

Denne polymere faste elektrolyt viser ikke kun høj ydeevne som en elektrolyt, men forventes også at være effektiv til at forhindre dannelsen af ​​Li-dendritter (dendritiske krystaller), som kan forårsage antændelse på grund af indeslutningen af ​​en porøs membran. Gennem realiseringen af ​​sikre, højtydende LIB'er vil denne præstation bidrage til realiseringen af ​​en bæredygtig energiforsyning, som er det syvende mål for SDG'erne.

Undersøgelsen er offentliggjort i iScience . + Udforsk yderligere

En in-situ genereret sammensat faststofelektrolyt til højspændingslithiummetalbatterier