Katı lityum hava pilleri için polimer jel elektrolitlerin geliştirilmesi

Şarj edilebilir piller arasında, lityum oksijen (Li-O2) pilleri en yüksek teorik özgül enerji yoğunluğundan birini sunar (yaklaşık 11,5 kWh / kg). Geleneksel, susuz şarj edilebilir bir lityum-oksijen pilleri (LOB), lityum metal anot, gözenekli bir katot, Li + iletken sıvı elektrolit ve iki elektrot arasında kısa devreyi önlemek için kullanılan bir seperatörden oluşur. Ancak LOB'larda sıvı elektrolit kullanımını engelleyen; düşük buharlaşma sıcaklığı, metal anot yüzeyinin pasifleştirilmesi ve 4.0 V üzeri yüksek potansiyellerde elektrolitin ayrışması gibi çeşitli problemler vardır. Uçucu, yanıcı ve sızan sıvı elektrolitlerin jel polimer elektrolitlerle (GPE) değiştirilmesi genellikle sorunların çözümünde etkili bir yaklaşım olarak kabul edilir. GPE üretimi için önemli matrislerden biri olan polivinilidenflorür-heksaflüoropropilen (PVDF-HFP), yüksek çözünürlüğü, düşük kristalliği, iyi elektrokimyasal ve mekanik özelliklerinden faydalanılarak Li-O2 bataryaya başarıyla uygulanmıştır. Bu çalışmada amacımız; uçucu, yanıcı ve sızıntı yapabilen sıvı elektrolitleri polivinilidenflorür-heksaflüoropropilen (PVDF-HFP) bazlı GPE'ler ile değiştirmektir. Jel-polimer elektrolitler, PVDF-HFP polimerinin Aseton, Dimetilformamid ve farklı konsantrasyonlardaki lityum tuzları ile çözündürülmesiyle hazırlandı. Lityum tuzlarının 1.0 M'den 2.0 M'ye değiştirilen konsantrasyonlarını içeren LiTFSI / PVDF-HFP, LiClO4 / PVDF-HFP ve LiPF6 / PVDF-HFP GPE'lerini hazırladık. Lityum tuzlarının ve farklı konsantrasyonlarının lityum-oksijen pillerindeki GPE'lerin; iyonik iletkenliği ve elektrokimyasal performansı üzerindeki etkisini araştırdık. Bu çalışmada, seramik dolgu maddeleri olarak Al2O3, TiO2 ve LATP nano tozlarını kullanarak oldukça iletken GPE'ler sentezledik. Kompozit GPE'ler, aseton ve Dimetilformamid içinde çözülmüş ağırlıkça %16 PVDF-HFP polimeri ve TEGDME çözücüsü içinde çözülmüş 1M LiTFSI karıştırılarak hazırlanmıştır. Al2O3, TiO2 ve LATP dolgu maddeleri ağırlıkça farklı oranlarda ilave edilerek seramik dolgu maddelerin ve ağılıkça değişimlerin etkisi LOB'larda kompozit jel polimer olarak araştırılmıştır. GPE'lerin elektrokimyasal performansı ECC-Air test hücresi kullanılarak test edildi. Bu hücrede anot olarak lityum folyo, katot olarak gaz difüzyon tabakası (GDL, Sigracet 24BC) ve elektrolit olarak GPE'ler kullanıldı. Li-O2 hücrelerinin reaksiyon potansiyelleri, dönüşümlü voltametri (CV) ile jel polimer elektrolitlerinin iyonik iletkenliği elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yöntemleriyle incelenmiştir. Hücrelerin galvanostatik şarj-deşarj profili, 0.1 mA / cm2'de 2 V-4.5 V arasında gerçekleştirildi. Sonuçlarımız, yüksek iyonik iletkenlik ve en iyi çevrim ömrüne sahip bileşimleri göstermektedir. Sonuçlarımızda, optimum tuz konsantrasyonunu ve seramik dolgu bileşimini tespit ettik.