Przejdź do treści

Quasi-Solid Electrolytes with Flexible Branches and Rigid Skeletons for High-Temperature Li Metal Batteries

Quasi-stałe elektrolity mogą całkowicie odmienić przyszłość baterii litowo-metalicznych o wysokiej gęstości energii. Mają jednak ograniczenia z działaniem w wysokich temperaturach, ponieważ wtedy zachodzi wiele niekorzystnych reakcji chemicznych, zwłaszcza z katodami pracującymi przy wysokim napięciu. W niniejszej pracy opracowano niepalny quasi-stały elektrolit (QSE), wykorzystując metodę kopolimeryzacji bezpośrednio podczas tworzenia materiału (tzw. in situ). Elektrolit ten zawiera kopolimer z elastycznymi odgałęzieniami i sztywnym szkieletem oraz plastyfikatory o ograniczonej palności na bazie pochodnych fluoru i fosforu. Elastyczne odgałęzienia zmniejszają krystaliczność i ułatwiają migrację jonów litu, podczas gdy sztywny szkielet zapewnia doskonałą stabilność w wysokich temperaturach. Zoptymalizowany plastyfikator fluorowo-fosforowy skutecznie wychwytuje wysoce reaktywne rodniki tlenowe i hydroksylowe oraz zapewnia szerokie okno elektrochemiczne (do 4,7 V względem Li⁺/Li), co przekłada się na wysoką stabilność interfejsu i bezpieczeństwo pracy. W efekcie otrzymany QSE wykazuje znakomite właściwości fizykochemiczne i elektrochemiczne, umożliwiając odwracalne osadzanie i usuwanie litu oraz dobrą kompatybilność z katodami. Dzięki zastosowaniu niepalnego QSE uzyskano bardzo dobre rezultaty: bateria z katodą LiFePO₄ zachowała aż 82,3% pojemności po 1000 cyklach pracy przy wysokiej gęstości prądowej (5 C) i temperaturze 80°C. Dobrą kompatybilność z katodami wysokonapięciowymi potwierdzono poprzez stabilne cykliczne ładowanie i rozładowywanie ogniw z LiCoO₂ przez ponad 400 cykli przy wysokim napięciu odcięcia 4,5 V i podwyższonej temperaturze 60 °C.

Artykuł:

ACS Applied Materials & Interfaces

Autorzy z PW:

Ewa Zygadło-Monikowska 

Dyscyplina:

Rok wydania: