Eine Halbinterkalationsreaktion zur Verbesserung der Redoxkinetik von Festkörper-Lithium-Schwefel-Batterien

Eine Halbinterkalationsreaktion zur Verbesserung der Redoxkinetik von Festkörper-Lithium-Schwefel-Batterien

Informationen zum Autor und Zusammenfassung des Artikels

Im Jahr 2022 entwickelte Dr. Li Chuang vom Tsinghua Shenzhen Research Institute eine Festkörperbatterie aus Lithium-geschwefeltem Polyacrylnitril (Li-SPAN) mit einem salzbeschichteten Polymerelektrolyten.

In dieser Struktur wird Schwefel während des Zyklierens im Polyacrylnitrilsubstrat fixiert, die Bildung von Li2S wird verhindert, sodass seine Leistung eine schnellere Redoxkinetik und geringere Volumenänderungen aufweist als herkömmliche Festkörper-Lithium-Schwefel-Batteriesysteme.

Dieser Artikel ist der erste Bericht zur Verbesserung der Redoxkinetik von Li-SPAN-Festkörperbatterien durch Änderung der Stärke von CS-Bindungen anstelle der Verwendung von Katalysatoren, was neue Möglichkeiten für die Entwicklung leistungsfähigerer Lithium-Schwefel-Festkörperbatterien eröffnet in der Zukunft.

Versuchsprotokoll

1. Materialvorbereitung:1PVHF1FSI Festelektrolyt, feste SPAN-Positivelektrode.

2. Elektrochemischer Test:Die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten wurde durch EIS getestet, und die Li-SPAN-Knopfbatterie vom Typ 2032 und die weichgepackten Batteriezellen wurden vorbereitet, und die Volumenschwellung von SPAN- und Lithium-Negativelektroden wurde mithilfe der In-situ-Dickenschwellungsmessung getestet Gerät MCS1000 (IEST).

3. Materialcharakterisierung:SEM, XPS, Raman, NMR.

Ergebnisanalyse

Abbildung 1. Leistungscharakterisierung der Festelektrolytmembran 1PVHF1FSI in Li-SPAN-Batterie

Der Autor charakterisiert die Leistung der Festelektrolytmembran 1PVHF1FSI in Li-SPAN-Batterien in vielerlei Hinsicht. Es wird festgestellt, dass sie über einen kontinuierlichen porösen Kanal verfügt, der einen guten Ionenleitungspfad bieten kann, und ihre guten mechanischen Eigenschaften können das Wachstum von hemmen Lithiummetalldendriten.

Der Speichermechanismus von Lithium-Ionen in festen Li-SPAN-Batterien auf 1PVHF1FSI-Basis unterscheidet sich von dem in flüssigen Li-SPAN-Batterien. Nachfolgende Autoren charakterisierten die Polarisationsspannung, die CV-Kurve, die Zyklenkapazität und die Geschwindigkeitsleistung der drei Elektrodenmaterialien Es wird weiter verdeutlicht, dass Festkörper-SPAN aufgrund der hohen Redoxkinetik und der geringen Volumenänderung eine bessere Zyklenstabilität und Geschwindigkeitsfähigkeit aufweist.

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Abbildung 2. Analyse des Speichermechanismus von Li im Festkörper-SPAN

Der Autor analysierte den Speichermechanismus von Lithium-Ionen in Festkörper-SPAN weiter mithilfe von In-situ-Raman- und In-situ-Schwellungsdickentestgeräten. Es wurde festgestellt, dass im Festkörper-SPAN die Li4S2-PAN-Struktur gebildet wurde, als Li-Ionen die SS-Bindung auflösten, wenn sie im Festkörper-SPAN gespeichert wurden. Dieser Prozess ähnelt einer Lithium-Interkalationsreaktion, weshalb die Autoren diesen Mechanismus als Quasi-Interkalation bezeichnen Reaktion.

Abbildung 3. Leistungscharakterisierung von festen SPAN-Taschenbatterien

Nach der Analyse des Reaktionsmechanismus baute der Autor Festkörper- und Flüssig-SPAN-Softpack-Batterien zusammen, um deren Zyklenstabilität und Biegeleistung zu charakterisieren. Es wurde festgestellt, dass die Festkörper-SPAN-Batterie eine gute Flexibilität aufweist und die Kapazitätserhaltungsrate der entspricht Die Schnallenleistung und die thermische Stabilität des Elektrolyten sind ebenfalls sehr gut, sodass sie dem Einfluss von Kurzschlüssen oder Nadelstichen standhalten können. In praktischen Anwendungen können auch Smartphones aufgeladen werden.

Zusammenfassen

Dieser Artikel beschreibt die Entwicklung einer Festkörper-Li-SPAN-Batterie mit einem salzverkapselten Polymerelektrolyten mit hohem Molekulargewicht. In dieser Struktur wird S während des Zyklus im PAN-Substrat immobilisiert.Verhindert die Bildung von Li2S und führt zu einer schnelleren Redoxkinetik und einer geringeren Volumenänderung im Hinblick auf die Leistung im Vergleich zu herkömmlichen Festkörper-Li-S-Batteriesystemen. Diese Arbeit bietet einen neuen Ansatz zur Verbesserung der Schwefel-Redoxkinetik von Festkörper-Li-S Batterien.