Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Điện phân hợp chất quasi-rắn nano cho pin lithium an toàn cao
Tóm tắt
Pin lithium có thể sạc lại là nguồn năng lượng hấp dẫn cho các thiết bị điện tử và hiện đang được phát triển mạnh mẽ cho mục đích sử dụng trong phương tiện giao thông. Tuy nhiên, các vấn đề về độ an toàn và độ tin cậy của chúng phải được giải quyết trước khi có thể sử dụng pin lithium quy mô lớn trong các ứng dụng giao thông và lưu trữ điện lưới. Trong nghiên cứu này, một loại điện phân rắn lai độc đáo được tạo ra từ hỗn hợp điện phân ionic (LiTFSI/Pyr14TFSI) và các hạt gốm BaTiO3 kích thước nano mà không cần sử dụng polymer. Điện phân cho thấy tính ổn định nhiệt cao, một khoảng điện hóa rộng, độ dẫn ion tốt với giá trị 1.3 × 10−3 S·cm−1 ở 30 °C, và một số lượng chuyển giao ion lithium đáng kể lên tới 0.35. Pin LiFePO4 ở dạng rắn thể hiện các thuộc tính điện hóa tốt nhất trong số các pin rắn đã được báo cáo, cùng với khả năng chịu tải hợp lý. Những pin Li/LiCoO2 được chế tạo bằng điện phân rắn nano composite này cho thấy hiệu suất cao ở cả nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao, khẳng định tiềm năng của chúng như pin lithium với độ an toàn đã được cải thiện và phạm vi nhiệt độ hoạt động rộng.
Từ khóa
#pin lithium #điện phân rắn #hiệu suất điện hóa #an toàn #nhiệt độ hoạt độngTài liệu tham khảo
Bruce, P. G.; Scrosati, B.; Tarascon, J. M. Nanomaterials for rechargeable lithium batteries. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 2930–2946.
Quartarone, E.; Mustarelli, P. Electrolytes for solid-state lithium rechargeable batteries: Recent advances and perspectives. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 2525–2540.
Zhang, J. X.; Zhao, N.; Zhang, M.; Li, Y. Q.; Chu, P. K.; Guo, X. X.; Di, Z. F.; Wang, X.; Li, H. Flexible and ionconducting membrane electrolytes for solid-state lithium batteries: Dispersion of garnet nanoparticles in insulating polyethylene oxide. Nano Energy 2016, 28, 447–454.
Orendorff, C. J. The role of separators in lithium-ion cell safety. Electrochem. Soc. Interface 2012, 21, 61–65.
Kalhoff, J.; Eshetu, G. G.; Bresser, D.; Passerini, S. Safer electrolytes for lithium-ion batteries: State of the art and perspectives. ChemSusChem 2015, 8, 2154–2175.
Nugent, J. L.; Moganty, S. S.; Archer, L. A. Nanoscale organic hybrid electrolytes. Adv. Mater. 2010, 22, 3677–3680.
Galinski, M.; Lewandowski, A.; Stepniak, I. Ionic liquids as electrolytes. Electrochim. Acta 2006, 51, 5567–5580.
Armand, M.; Endres, F.; MacFarlane, D. R.; Ohno, H.; Scrosati, B. Ionic-liquid materials for the electrochemical challenges of the future. Nat. Mater. 2009, 8, 621–629.
Sakaebe, H.; Matsumoto, H. N-Methyl-N-propylpiperidinium bis(trifluoromethanesulfonyl) imide (PP13–TFSI)–novel electrolyte base for Li battery. Electrochem. Commun. 2003, 5, 594–598.
Noda, A.; Hayamizu, K.; Watanabe, M. Pulsed-gradient spin-echo 1H and 19F NMR ionic diffusion coefficient, viscosity, and ionic conductivity of non-chloroaluminate roomtemperature ionic liquids. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 4603–4610.
Fraser, K. J.; Izgorodina, E. I.; Forsyth, M.; Scott, J. L.; MacFarlane, D. R. Liquids intermediate between “molecular” and “ionic” liquids: Liquid ion pairs?. Chem. Commun. 2007, 3817–3819.
Kim, J. K.; Matic, A.; Ahn, J. H.; Jacobsson, P. An imidazolium based ionic liquid electrolyte for lithium batteries. J. Power Sources 2010, 195, 7639–7643.
Appetecchi, G. B.; Montanino, M.; Zane, D.; Carewska, M.; Alessandrini, F.; Passerini, S. Effect of the alkyl group on the synthesis and the electrochemical properties of N-alkyl- N-methyl-pyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ionic liquids. Electrochim. Acta 2009, 54, 1325–1332.
McFarlane, D. R.; Sun, J.; Golding, J.; Meakin, P.; Forsyth, M. High conductivity molten salts based on the imide ion. Electrochim. Acta 2000, 45, 1271–1278.
Shin, J. H.; Henderson, W. A.; Appetecchi, G. B.; Alessandrini, F.; Passerini, S. Recent developments in the ENEA lithium metal battery project. Electrochim. Acta 2005, 50, 3859–3865.
Lewandowski, A.; Swiderska-Mocek, A. Ionic liquids as electrolytes for Li-ion batteries—An overview of electrochemical studies. J. Power Sources 2009, 194, 601–609.
Kim, J. K.; Niedzicki, L.; Scheers, J.; Shin, C. R.; Lim, D. H.; Wieczorek, W.; Jacobsson, P.; Ahn, J. H.; Matic, A.; Jacobsson, P. Characterization of N-butyl-N-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide-based polymer electrolytes for high safety lithium batteries. J. Power Sources 2013, 224, 93–98.
Frö mling, T.; Kunze, M.; Schönhoff, M.; Sundermeyer, J.; Roling, B. Enhanced lithium transference numbers in ionic liquid electrolytes. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 12985–12990.
Saito, Y.; Umecky, T.; Niwa, J.; Sakai, T.; Maeda, S. Existing condition and migration property of ions in lithium electrolytes with ionic liquid solvent. J. Phys. Chem. B, 2007, 111, 11794–11802.
Hayamizu, K.; Aihara, Y.; Nakagawa, H.; Nukuda, T.; Price, W. S. Ionic conduction and ion diffusion in binary roomtemperature ionic liquids composed of [emim][BF4] and LiBF4. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 19527–19532.
Zugmann, S.; Fleischmann, M.; Amereller, M.; Gschwind, R. M.; Wiemhöfer, H. D.; Gores, H. J. Measurement of transference numbers for lithium ion electrolytes via four different methods, a comparative study. Electrochim. Acta 2011, 56, 3926–3933.
Kumar, B. Heterogeneous electrolytes: Variables for and uncertainty in conductivity measurements. J. Power Sources 2008, 179, 401–406.
Bhattacharyya, A. J.; Maier, J.; Bock, R.; Lange, F. F. New class of soft matter electrolytes obtained via heterogeneous doping: Percolation effects in “soggy sand” electrolytes. Solid State Ionics 2006, 177, 2565–2568.
Osinska, M.; Walkowiak, M.; Zalewska, A.; Jesionowski, T. Study of the role of ceramic filler in composite gel electrolytes based on microporous polymer membranes. J. Membrane Sci. 2009, 326, 582–588.
Kim, J. K.; Scheers, J.; Park, T. J.; Kim, Y. Superior ionconducting hybrid solid electrolyte for all-solid-state batteries. ChemSusChem 2015, 8, 636–641.
Blanga, R.; Golodnitsky, D.; Ardel, G.; Freedman, K.; Gladkich, A.; Rosenberg, Y.; Nathan M.; Peled, E. Quasisolid polymer-in-ceramic membrane for Li-ion batteries. Electrochim. Acta 2013, 114, 325–333.
Ito, S.; Unemoto, A.; Ogawa, H.; Tomai, T.; Honma, I. Application of quasi-solid-state silica nanoparticles–ionic liquid composite electrolytes to all-solid-state lithium secondary battery. J. Power Sources 2012, 208, 271–275.
Hori, M.; Aoki, Y.; Maeda, S.; Tatsumi, R.; Hayakawa, S. Thermal stability of ionic liquids as an electrolyte for lithium-ion batteries. ECS Trans. 2010, 25, 147–153.
Hess, S.; Wohlfahrt-Mehrens, M.; Wachtler, M. Flammability of Li-ion battery electrolytes: Flash point and selfextinguishing time measurements. J. Electrochem. Soc. 2015, 162, A3084–A3097.
Bloise, A. C.; Donoso, J. P.; Magon, C. J.; Rosario, A. V.; Pereira, E. C. NMR and conductivity study of PEO-based composite polymer electrolytes. Electrochim. Acta 2003, 48, 2239–2246.
Bhattacharyya, A. J.; Maier, J. Second phase effects on the conductivity of non-aqueous salt solutions: “Soggy sand electrolytes”. Adv. Mater. 2004, 16, 811–814.
Asl, N. M.; Keith, J.; Lim, C.; Zhu, L. K.; Kim, Y. Inorganic solid/organic liquid hybrid electrolyte for use in Li-ion battery. Electrochim. Acta 2012, 79, 8–16.
Inda, Y.; Katoh, T.; Baba, M. Development of all-solid lithium-ion battery using Li-ion conducting glass-ceramics. J. Power Sources. 2007, 174, 741–744.
Lassè gues, J. C.; Grondin, J.; Aupetit, C.; Johansson, P. Spectroscopic identification of the lithium ion transporting species in LiTFSI-doped ionic liquids. J. Phys. Chem. A 2009, 113, 305–314.
Kim, J. K.; Lim, D. H.; Scheers, J.; Pitawala, J.; Wilken, S.; Johansson, P.; Ahn, J. H.; Matic, A.; Jacobsson, P. Properties of N-butyl-N-methyl-pyrrolidinium Bis(trifluoromethanesulfonyl) imide based electrolytes as a function of lithium Bis(trifluoromethanesulfonyl) imide doping. J. Korean Electrochem. Soc. 2011, 14, 92–97.
Duluard, S.; Grondin, J.; Bruneel, J. L.; Pianet, I.; Grélard, A.; Campet, G.; Delville, M. H.; Lassègues, J. C. Lithium solvation and diffusion in the 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide ionic liquid. J. Raman Spectrosc. 2008, 39, 627–632.
Goodenough, J. B.; Kim, Y. Challenges for rechargeable Li batteries. Chem. Mater. 2010, 22, 587–603.
Xu, K. Nonaqueous liquid electrolytes for lithium-based rechargeable batteries. Chem. Rev. 2004, 104, 4303–4418.
Kühnel, R. S.; Lübke, M.; Winter, M.; Passerini, S.; Balducci, A. Suppression of aluminum current collector corrosion in ionic liquid containing electrolytes. J. Power Sources 2012, 214, 178–184.
