Analizador de hinchamiento celular in situ Análisis del mecanismo de baterías de litio-azufre

Analizador de hinchamiento celular in situ Análisis del mecanismo de baterías de litio-azufre

Información del autor y resúmenes de artículos

En 2022, el Dr. Li Chuang del Instituto de Investigación de Shenzhen de la Universidad de Tsinghua desarrolló una batería de poliacrilonitrilo sulfurado de litio (Li-SPAN) de estado sólido con un electrolito de sal en polímero. En esta estructura, el azufre se inmoviliza en el sustrato de poliacrilonitrilo durante el ciclo, lo que evita la formación de Li2S, lo que le permite exhibir una cinética redox más rápida y un rendimiento menor que el cambio de volumen de 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 del enlace CS en lugar de usar catalizadores, lo que abre nuevas oportunidades para diseñar baterías de azufre de litio de estado sólido de mayor rendimiento en el futuro.

PruebaPAGy

1. Preparación de materiales:1PVHF1FSI electrolito sólido, electrodo positivo SPAN sólido.

2. Prueba electroquímica:La conductividad iónica del electrolito se probó mediante EIS, se prepararon células de bolsa y pandeo Li-SPAN de tipo 2032, y el volumen de SPAN y el electrodo negativo de litio se probó mediante el dispositivo de medición de hinchamiento de espesor in situ 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 baterías Li-SPAN

Los autores caracterizaron el rendimiento de la membrana de electrolito sólido 1PVHF1FSI en baterías Li-SPAN en varios aspectos y encontraron que tiene canales porosos continuos, que pueden proporcionar una buena ruta de conducción de iones, y sus propiedades mecánicas pueden inhibir mejor la formación de litio metálico. dendritas crecer. El mecanismo de almacenamiento de iones de litio en la batería Li-SPAN de estado sólido con 1PVHF1FSI como matriz es diferente al de la batería líquida Li-SPAN. Los autores subsiguientes analizaron el voltaje de polarización, la curva CV, la capacidad de ciclo y el rendimiento de velocidad de los tres materiales de electrodos. La caracterización aclara aún más que el SPAN de estado sólido tiene mejor estabilidad cíclica y capacidad de velocidad debido a la alta cinética redox y al bajo cambio de volumen.

Figura 2. Análisis del mecanismo de almacenamiento de Li en estado sólido SPAN

Los autores analizan más a fondo el mecanismo de almacenamiento de iones de litio en SPAN de estado sólido mediante Raman in situ e in situhinchazóndispositivos de prueba de espesor. Se encontró que en SPAN de estado sólido, como los iones de litio se almacenan en SPAN de estado sólido, el enlace SS se rompe para formar una estructura Li₄S₂-PAN. Este proceso es como la reacción de inserción de la intercalación de litio, por lo que los autores llaman a este mecanismo cuasi-intercalación. reacción.

Figura 3. Caracterización del rendimiento de la batería de bolsa SPAN de estado sólido

Después de analizar el mecanismo de reacción, los autores ensamblaron baterías de bolsa SPAN líquidas y de estado sólido para caracterizar su estabilidad de ciclo y rendimiento de flexión. Se encontró que la batería SPAN de estado sólido tiene una mejor flexibilidad, la tasa de retención de capacidad es comparable al rendimiento de pandeo y la estabilidad térmica del electrolito también es muy buena. Bueno, puede soportar los efectos de cortocircuitos o pinchazos de agujas. En aplicaciones prácticas, también puede cargar teléfonos inteligentes.

Resumir

En este artículo, se desarrolló una batería Li-SPAN de estado sólido con un electrolito de polímero de sal en polímero. En esta estructura, el S se inmoviliza en el sustrato PAN durante el ciclo, lo que evita la formación de Li2S, lo que le permite exhibir una cinética redox más rápida y menos volumen que los sistemas de baterías de Li-S de estado sólido convencionales en términos de rendimiento Variedad. Este trabajo proporciona una nueva idea para mejorar la cinética redox de azufre de las baterías de estado sólido Li-S.

Equipo de prueba recomendado

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