Una reacción de semiintercalación para mejorar la cinética redox de las baterías de azufre de litio de estado sólido
Una reacción de semiintercalación para mejorar la cinética redox de las baterías de azufre de litio de estado sólido
Información del autor y resumen del artículo
En 2022, el Dr. Li Chuang del Instituto de Investigación Tsinghua Shenzhen desarrolló una batería de poliacrilonitrilo sulfurado de litio (Li-SPAN) de estado sólido con un electrolito de polímero recubierto de sal.
En esta estructura, el azufre se fija en el sustrato de poliacrilonitrilo durante el ciclo, se evita la formación de Li2S, por lo que su rendimiento exhibe una cinética redox más rápida y cambios de volumen más pequeños que los sistemas de baterías de litio-azufre de estado sólido convencionales.
Este artículo es el primer informe que mejora la cinética redox de las baterías Li-SPAN de estado sólido al cambiar la fuerza de los enlaces CS en lugar de usar catalizadores, lo que abre nuevas oportunidades para el diseño de baterías de litio-azufre de estado sólido de mayor rendimiento. en el futuro.
Protocolo experimental
1. Preparación de materiales:1PVHF1FSI electrolito sólido, electrodo positivo SPAN sólido.
2. Prueba electroquímica:EIS probó la conductividad iónica del electrolito, y se prepararon la batería de botón Li-SPAN de tipo 2032 y las celdas de la batería de paquete blando, y se probó la hinchazón del volumen de los electrodos negativos de litio y SPAN utilizando la medición de hinchazón del espesor in situ. dispositivo MCS1000 (IEST).
3. Caracterización de materiales:SEM, XPS, Raman, RMN.
Análisis de resultados
Figura 1. Caracterización del rendimiento de la membrana de electrolito sólido 1PVHF1FSI en la batería Li-SPAN
El autor caracteriza el rendimiento de la membrana de electrolito sólido 1PVHF1FSI en la batería Li-SPAN en muchos aspectos, se encuentra que tiene un canal poroso continuo, que puede proporcionar una buena ruta de conducción de iones, y sus buenas propiedades mecánicas pueden inhibir el crecimiento de dendritas de metal litio.
El mecanismo de almacenamiento de iones de litio en baterías Li-SPAN sólidas basadas en 1PVHF1FSI es diferente al de las baterías Li-SPAN líquidas. Los autores posteriores caracterizaron el voltaje de polarización, la curva CV, la capacidad del ciclo y el rendimiento de la tasa de los tres materiales de electrodos. se aclara además que el SPAN de estado sólido tiene mejor estabilidad de ciclo y capacidad de velocidad debido a la alta cinética redox y al bajo cambio de volumen.
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Figura 2. Análisis del mecanismo de almacenamiento de Li en estado sólido SPAN
El autor analizó más a fondo el mecanismo de almacenamiento de iones de litio en SPAN de estado sólido a través de dispositivos de prueba de espesor de expansión in situ y raman in situ. Se descubrió que en SPAN de estado sólido, la estructura Li4S2-PAN se formó cuando los iones de litio rompieron el enlace SS cuando se almacenaron en SPAN de estado sólido, este proceso es como una reacción de intercalación de litio, por lo que los autores llaman a este mecanismo una cuasi-intercalación reacción.
Figura 3. Caracterización del rendimiento de las baterías de bolsa SPAN sólidas
Después de analizar el mecanismo de reacción, el autor ensambló baterías de paquete blando SPAN de estado sólido y líquido para caracterizar su estabilidad de ciclo y rendimiento de flexión, se encontró que la batería SPAN de estado sólido tiene buena flexibilidad, la tasa de retención de capacidad es equivalente a la El rendimiento de la hebilla y la estabilidad térmica del electrolito también son muy buenos, lo que puede soportar la influencia de cortocircuitos o pinchazos de agujas. En aplicaciones prácticas, también puede cargar teléfonos inteligentes.
Resumir
Este artículo describe el desarrollo de una batería Li-SPAN de estado sólido con un electrolito de polímero de alto peso molecular encapsulado en sal. En esta estructura, S se inmoviliza en el sustrato PAN durante el ciclo,previniendo la formación de Li2S y dando como resultado una cinética redox más rápida y menos cambio de volumen en términos de rendimiento en comparación con los sistemas tradicionales de baterías de Li-S de estado sólido. Este trabajo proporciona un nuevo enfoque para mejorar la cinética de redox de azufre del Li-S de estado sólido pilas