Ett fotografi (vänster), svepelektronmikroskopbild (mitten), respektive schematisk illustration av sammansatt elektrolytstruktur (höger). Kredit:Grewal och Yabu.
Li-ion-batterier (LIB) är mycket använda batterier som stöder det moderna ITC-samhället, inklusive smartphones och elbilar. LIB:er laddas och urladdas upprepade gånger av Li-joner som passerar fram och tillbaka mellan de positiva och negativa elektroderna, med Li-jonelektrolyten som fungerar som en passage för jonerna.
Normalt har organiska elektrolyter som flytande etylenkarbonat (EC) och deras geler använts som Li-jonelektrolyt på grund av deras spänningsmotstånd och jonledningsförmåga. Men eftersom vätskor och geler är brandfarliga är en byte till säkrare polymera fasta elektrolyter att föredra.
Polymera fasta elektrolyter såsom polyetylenglykol (PEG) har föreslagits som slagtåliga Li-jonelektrolyter. PEG-baserade polymerelektrolyter kristalliserar emellertid nära rumstemperatur, vilket resulterar i en signifikant minskning av Li-jonkonduktiviteten till cirka 10 -6 S/cm vid rumstemperatur.
För att lösa detta problem har en forskargrupp uppfunnit en ny typ av polymer fast elektrolyt genom att kombinera ett poröst polymermembran med flera mikronporer och en fototvärbindbar polyetylenglykol PEG-baserad polymerelektrolyt. Den polymera fasta elektrolyten realiserade ett brett potentialfönster (4,7 V), en hög Li-jonkonduktivitet i 10 -4 S/cm-klass, vilket motsvarar en vätska och tillräckligt för praktisk användning, och ett högt Li-jonöverföringstal (0,39).
Temperaturberoende av olika porstorlekar bikakefilmskompositelektrolyter på jonledningsförmåga. Kredit:Grewal och Yabu
Li-joner som överförs i elektrolyten rör sig i olika riktningar på grund av naturlig diffusion. Avståndet är flera µm till 10 µm och rör sig inte alltid linjärt mellan elektroderna, vilket är en av anledningarna till minskningen av jonkonduktiviteten. I den aktuella studien förbättrades därför prestandan hos fototvärbundna PEG-baserade fasta polymerelektrolyter genom att sammansätta dem med mikronstora porösa membran.
Denna polymera fasta elektrolyt visar inte bara hög prestanda som en elektrolyt utan förväntas också vara effektiv för att förhindra bildningen av Li-dendriter (dendritiska kristaller), som kan orsaka antändning på grund av införandet av ett poröst membran. Genom förverkligandet av säkra, högpresterande LIB:er kommer denna prestation att bidra till förverkligandet av en hållbar energiförsörjning, vilket är det sjunde målet med SDGs.
Studien publiceras i iScience . + Utforska vidare
