Một phản ứng bán xen kẽ để tăng cường động học oxi hóa khử của pin lithium-lưu huỳnh hoàn toàn ở trạng thái rắn

Một phản ứng bán xen kẽ để tăng cường động học oxi hóa khử của pin lithium-lưu huỳnh hoàn toàn ở trạng thái rắn

Thông tin tác giả và Tóm tắt bài báo

Vào năm 2022, Tiến sĩ Li Chuang của Viện nghiên cứu Thanh Hoa Thâm Quyến đã phát triển một loại pin polyacrylonitrile lưu huỳnh hóa lithium (Li-SPAN) ở trạng thái rắn với chất điện phân polyme được phủ muối.

Trong cấu trúc này, lưu huỳnh được cố định trong chất nền polyacrylonitrile trong quá trình đạp xe, sự hình thành Li2S bị ngăn chặn, do đó hiệu suất của nó thể hiện động học oxi hóa khử nhanh hơn và thay đổi âm lượng nhỏ hơn so với hệ thống pin lithium-lưu huỳnh trạng thái rắn thông thường.

Bài viết này là báo cáo đầu tiên cải thiện động học oxi hóa khử của pin Li-SPAN trạng thái rắn bằng cách thay đổi độ bền của liên kết CS thay vì sử dụng chất xúc tác, điều này mở ra cơ hội mới cho việc thiết kế pin lithium-lưu huỳnh trạng thái rắn hiệu suất cao hơn trong tương lai.

Giao thức thử nghiệm

1. Chuẩn bị nguyên liệu:1PVHF1FSI chất điện phân rắn, điện cực dương SPAN rắn.

2. Kiểm tra điện hóa:Độ dẫn ion của chất điện phân đã được kiểm tra bằng EIS và pin nút Li-SPAN loại 2032 và các tế bào pin được đóng gói mềm đã được chuẩn bị, đồng thời độ phồng thể tích của SPAN và các điện cực âm lithium đã được kiểm tra bằng phép đo độ phồng độ dày tại chỗ thiết bị MCS1000 (IEST).

3. Đặc tính vật liệu:SEM, XPS, Raman, NMR.

Phân tích kết quả

Hình 1. Đặc tính hiệu suất của màng điện phân rắn 1PVHF1FSI trong pin Li-SPAN

Tác giả mô tả hiệu suất của màng điện phân rắn 1PVHF1FSI trong pin Li-SPAN ở nhiều khía cạnh, người ta thấy rằng nó có một kênh xốp liên tục, có thể cung cấp đường dẫn ion tốt và tính chất cơ học tốt của nó có thể ức chế sự phát triển của đuôi gai kim loại lithium.

Cơ chế lưu trữ của các ion lithium trong pin Li-SPAN rắn dựa trên 1PVHF1FSI khác với cơ chế lưu trữ trong pin Li-SPAN lỏng, các tác giả tiếp theo đã mô tả điện áp phân cực, đường cong CV, công suất chu kỳ và hiệu suất tốc độ của ba vật liệu điện cực. được làm rõ thêm rằng SPAN trạng thái rắn có khả năng ổn định chu kỳ và tốc độ tốt hơn do động học oxi hóa khử cao và thay đổi âm lượng thấp.

Đ.

Hình 2. Phân tích cơ chế lưu trữ của Li ở trạng thái rắn SPAN

Tác giả đã phân tích sâu hơn về cơ chế lưu trữ của lithium-ion ở trạng thái rắn SPAN thông qua raman tại chỗ và các thiết bị kiểm tra độ dày trương nở tại chỗ. Người ta thấy rằng trong SPAN trạng thái rắn, cấu trúc Li4S2-PAN được hình thành do các ion Li phá vỡ liên kết SS khi được lưu trữ trong SPAN trạng thái rắn, quá trình này giống như phản ứng xen kẽ lithium, vì vậy các tác giả gọi cơ chế này là bán xen kẽ sự phản ứng lại.

Hình 3. Đặc tính hiệu suất của pin túi SPAN rắn

Sau khi phân tích cơ chế phản ứng, tác giả đã tập hợp pin gói mềm SPAN thể rắn và lỏng để mô tả tính ổn định chu kỳ và hiệu suất uốn của chúng, nhận thấy pin SPAN thể rắn có tính linh hoạt tốt, tốc độ duy trì dung lượng tương đương với pin SPAN thể rắn. hiệu suất của khóa và độ ổn định nhiệt của chất điện phân cũng rất tốt, có thể chịu được ảnh hưởng của hiện tượng đoản mạch hoặc kim đâm. Trong các ứng dụng thực tế, nó cũng có thể sạc điện thoại thông minh.

tóm tắt

Bài viết này mô tả sự phát triển của pin Li-SPAN trạng thái rắn với chất điện phân polyme trọng lượng phân tử cao được bọc muối. Trong cấu trúc này, S được cố định trong chất nền PAN trong quá trình đạp xe,ngăn chặn sự hình thành của Li2S và dẫn đến động học oxi hóa khử nhanh hơn và ít thay đổi âm lượng hơn về mặt hiệu suất so với các hệ thống pin Li-S thể rắn truyền thống. Công trình này cung cấp một phương pháp mới để cải thiện động học oxi hóa khử lưu huỳnh của Li-S thể rắn pin.