MOF/Poly(Ethylene Oxide) Composite Polymer Electrolyte สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตต
เหลียง เฟิงชิง, เหวิน จ้าวหยิน
1. CAS Key Laboratory of Materials for Energy Conversion, Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China
2. Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
เชิงนามธรรม
อิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ชนิดแข็ง (SPE) ที่มีความยืดหยุ่นสูงและความสามารถในการแปรรูปช่วยให้สามารถผลิตแบตเตอรี่โซลิดสเตตที่ปราศจากการรั่วไหลซึ่งมีรูปทรงที่หลากหลาย อย่างไรก็ตาม SPE มักจะประสบกับค่าการนำไฟฟ้าไอออนต่ำและมีความเสถียรต่ำเมื่อใช้แอโนดโลหะลิเธียม ในที่นี้ เราเสนอวัสดุเฟรมเวิร์กโลหะอินทรีย์ (MOF) ขนาดนาโน (UiO-66) เป็นตัวเติมสำหรับอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์โพลี (เอทิลีนออกไซด์) (PEO) การทำงานร่วมกันของ UiO-66 กับออกซิเจนในสายโซ่ PEO และการทำงานร่วมกันระหว่าง UiO-66 และเกลือลิเธียมช่วยปรับปรุงการนำไฟฟ้าไอออนได้อย่างมีนัยสำคัญ (3.0×10 -5 S/cm ที่ 25 องศา , 5.8×10 -4 S/cm ที่ 60 องศา ) และจำนวนการถ่ายโอนของ Li บวก (0.36) ขยายหน้าต่างเคมีไฟฟ้าเป็น 4.9 V ( เทียบกับ Li plus /Li) เสริมความเสถียรด้วยแอโนดโลหะลิเธียม เป็นผลให้เซลล์สมมาตร Li ที่เตรียมไว้สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 1,000 ชั่วโมงที่ 0.15 mA∙cm -2, 60 องศา ผลลัพธ์แสดงว่าสารตัวเติม UiO-66 มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของโพลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์
คำสำคัญ:อิเล็กโทรไลต์คอมโพสิต ; โพลี(เอทิลีนออกไซด์); วัสดุกรอบโลหะอินทรีย์ ; แบตเตอรี่ลิเธียมโลหะ
เทคโนโลยีแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถปรับปรุงได้โดยการแทนที่อิเล็กโทรไลต์เหลวที่ใช้อยู่ในปัจจุบันด้วยอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์แข็ง (SPEs) ทำให้สามารถสร้างโครงสร้างโซลิดสเตตแบบลามิเนตที่มีความยืดหยุ่น กะทัดรัด ปราศจากการรั่วไหลและมีรูปทรงเรขาคณิตที่หลากหลาย SPE ที่สำรวจเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้คือเยื่อโพลิเมอร์ที่นำไอออนซึ่งก่อตัวขึ้นจากสารเชิงซ้อนระหว่างเกลือลิเธียม (LiX) และโพลิเมอร์น้ำหนักโมเลกุลสูงที่มีกลุ่มประสานงาน Li บวก เช่น โพลี (เอทิลีนออกไซด์) (PEO) ในอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ PEO โดยที่โพลิเมอร์อยู่ในสถานะอสัณฐาน Li plus จะถูกเคลื่อนย้ายอย่างรวดเร็วพร้อมกับการคลายตัวเฉพาะที่และการเคลื่อนที่แบบปล้องของสายโซ่โพลิเมอร์ แต่ PEO มีแนวโน้มที่จะตกผลึกต่ำกว่า 6{{10}} องศา ดังนั้น ค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ PEO ถึงค่าที่เป็นประโยชน์จริง (ลำดับที่ 10-4 S/cm) เฉพาะที่อุณหภูมิสูงกว่า 6{{2{0}} องศาเท่านั้น มีความพยายามมากมายในการลดความเป็นผลึกของพอลิเมอร์เพื่อปรับปรุงการนำไฟฟ้าของโพลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ รวมถึงการผสมกับพอลิเมอร์ร่วมอื่นๆ การเติมสารลดพลาสติกและอนุภาคอนินทรีย์ยาสลบ การรวมวัสดุอนินทรีย์เข้ากับพอลิเมอร์เมทริกซ์เป็นวิธีการที่ประสบความสำเร็จมากที่สุด ซึ่งช่วยปรับปรุงการนำไอออนิก ตลอดจนความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าและคุณสมบัติเชิงกล วัสดุอนินทรีย์เหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วยวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า เช่น SSZ-13, Al2O3, SiO2 และวัสดุนำไฟฟ้า เช่น Li0.33La0.57TiO3, Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12 และ Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 การตรวจสอบพบว่าอนุภาคนาโนที่มีคุณสมบัติพื้นผิวเป็นกรดของ Lewis สามารถเพิ่มการแยกตัวของเกลือลิเธียมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและลดความเป็นผลึกของ PEO ซึ่งจะเป็นการปรับปรุงการนำไอออนิก อย่างไรก็ตาม การสัมผัสที่ไม่ดีระหว่างอนุภาคนาโนอนินทรีย์และ PEO สำหรับช่องว่างพลังงานพื้นผิวมักจะนำไปสู่การกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอ ฟิลเลอร์เซรามิกที่ทาบด้วยแปรงโมเลกุลและดัดแปลงด้วยโดปามีนมีคุณสมบัติอนินทรีย์และสารอินทรีย์ พวกเขาคาดว่าจะเพิ่มความเข้ากันได้กับ PEO ในอนาคตการปรับปรุงการนำไอออนิกและความเสถียรของอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์
โครงสร้างโลหะและสารอินทรีย์ (MOFs) ประกอบด้วยกลุ่มไอออนของโลหะและสารเชื่อมโยงอินทรีย์เป็นวัสดุนาโนพรุนทั่วไป ซึ่งมีคุณสมบัติลูกผสมอนินทรีย์และสารอินทรีย์และพื้นที่ผิวจำเพาะสูง จึงเป็นสารตัวเติมที่เหมาะสำหรับโพลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ ในปี 2013 หยวนและคณะ ใช้ Zn4O(1,4-benzenedicarboxylate)3 metal-organic framework(MOF-5) เป็นตัวเติมสำหรับอิเล็กโทรไลต์ PEO ที่มีค่าการนำไฟฟ้าไอออนสูง 3.16×10-5 S∙cm-1 (25 องศา ) เนื่องจากการกระจายอย่างสม่ำเสมอ แต่พันธะประสานระหว่างโลหะและสารอินทรีย์ที่อ่อนแอของ MOF-5 นั้นถูกโจมตีได้ง่าย ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนสถานะของผลึกหรือการพังทลายของโครงสร้าง และความเสถียรต่ำสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม
ในงานนี้ UiO ขนาดนาโน-66 ซึ่งเป็นหนึ่งใน MOF ที่ได้รับการตรวจสอบอย่างกว้างขวาง ได้รับการแนะนำในฐานะสารตัวเติมในอิเล็กโทรไลต์ PEO UiO-66 ที่มีความคงตัวทางความร้อนใต้พิภพและทางเคมีที่โดดเด่น ไม่มีโลหะทรานซิชันซึ่งให้จุดศูนย์กลางรีดอกซ์ ดังนั้นจึงสามารถหลีกเลี่ยงการนำไฟฟ้าได้เมื่อสัมผัสกับ Li ของโลหะ
1 การทดลอง
1.1 การสังเคราะห์ UiO ขนาดนาโน-66
UiO ขนาดนาโน-66 ถูกสังเคราะห์ตามการสังเคราะห์สองขั้นตอนที่รายงาน (1) 20ZrCl4 7 มก. (98 เปอร์เซ็นต์, อะลาดิน) ถูกละลายใน 40 มล. N,N-ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (DMF) (99.9 เปอร์เซ็นต์, อะลาดิน) ภายใต้การกวน และสารละลายถูกให้ความร้อนประมาณ 120 องศาเป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นเติมกรดอะซิติก 1 มล. และกวนต่ออีก 0.5 ชั่วโมงที่ 120 องศา (2) 147 mg 1,4-benzenedicarboxylic acid (H2BDC) (99 เปอร์เซ็นต์, Aladdin) ถูกเติมลงในสารละลาย และส่วนผสมที่เป็นผลลัพธ์ถูกนำไปในหม้อนึ่งความดันสเตนเลสสตีลเคลือบเทฟลอนขนาด 50 มล. และวางในเตาอบที่ 120 องศาเป็นเวลา 24 ชั่วโมง หลังจากทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง ตะกอนที่เกิดขึ้นจะถูกหมุนเหวี่ยง ล้างด้วย DMF ทำให้บริสุทธิ์ในเมทานอลแล้วทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 60 องศาภายใต้สุญญากาศเป็นเวลา 24 ชั่วโมง
1.2 การเตรียม UiO-66/PEO คอมโพสิตโพลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ (CPE)
PEO (Mw {{0}} ~600,000, 99.9 เปอร์เซ็นต์ , Aladdin) ถูกทำให้แห้งที่ 50 องศา และลิเทียมบิส(ไตรฟลูออโรมีเทนซัลโฟนิล)อิไมด์ (LiTFSI) (99 เปอร์เซ็นต์, Aladdin) ถูกทำให้แห้งที่ 100 องศาเป็นเวลา 24 ชั่วโมงภายใต้สุญญากาศและเก็บไว้ในกล่องถุงมือที่เติม Ar ประการแรก LiTFSI ถูกละลายในแอนไฮดรัสอะซีโทไนไทรล์ และ UiO-66 และ PEO ถูกเติมภายใต้การกวนด้วยแม่เหล็กเพื่อให้ได้สารละลายที่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งอัตราส่วนโมลาร์ของ EO : Li plus อยู่ที่ 16 : 1 และเนื้อหาของสารตัวเติม UiO-66 ขนาดนาโนได้รับการออกแบบให้เป็น 0, 5 เปอร์เซ็นต์ , 10 เปอร์เซ็นต์ , 15 เปอร์เซ็นต์ , 20 เปอร์เซ็นต์ , 25 เปอร์เซ็นต์ การตั้งชื่ออิเล็กโทรไลต์ที่สอดคล้องกันเป็น SPE, CPE- (5 เปอร์เซ็นต์ , 10 เปอร์เซ็นต์ , 15 เปอร์เซ็นต์ , 20 เปอร์เซ็นต์ , 25 เปอร์เซ็นต์ ) หลังจากนั้น สารละลายถูกหล่อบนแม่แบบโพลีเตตระฟลูออโรเอทิลีนเพื่อทำให้ตัวทำละลายระเหยที่อุณหภูมิแวดล้อม ในที่สุด เมมเบรนถูกทำให้แห้งที่อุณหภูมิ 60 องศาเป็นเวลา 12 ชั่วโมงภายใต้สุญญากาศเพื่อทำให้ตัวทำละลายที่ตกค้างระเหยกลายเป็นไอ
1.3 ลักษณะตัวอย่าง
โครงสร้างผลึกของส่วนผสมถูกรวบรวมจากการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD) ด้วยรังสี Cu-K (λ=0.1542 นาโนเมตร) ที่อุณหภูมิห้อง (2θ=5 องศา -50 องศา ) ด้วยขั้นตอน 0.1 ( องศา )/s สัณฐานโครงสร้างของ UiO-66 และ CPE ถูกเปิดเผยโดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM, Hitachi, S-3400N)
1.4 การวัดทางเคมีไฟฟ้าและการประกอบเซลล์
ค่าการนำไฟฟ้าไอออนถูกวัดที่อุณหภูมิตั้งแต่ 25 ถึง 80 องศาในเซลล์สมมาตรที่มีอิเล็กโทรดเหล็กกล้าไร้สนิม (SS) โดยการวิเคราะห์อิมพีแดนซ์ไฟฟ้ากระแสสลับ (Autolab รุ่น PGSTAT302N) ในช่วงความถี่ตั้งแต่ 1 Hz ถึง 1 MHz และที่แอมพลิจูด 50 mV มีการใช้ลิเนียร์สวีปโวลแทมเมทรี (LSV) เพื่อตรวจสอบหน้าต่างไฟฟ้าเคมีในเซลล์ SS/อิเล็กโทรไลต์/Li โดยวัดค่าตั้งแต่ 3 ถึง 5.5 V ที่อัตราการสแกน 10 mV/s จำนวนการถ่ายโอนของ Li บวก (t บวก ) ได้รับการทดสอบในเซลล์ Li/อิเล็กโทรไลต์/Li และคำนวณตาม t บวก {{10}} I∞( Δ V−I0R0)I0( Δ V−I∞R∞) โดยที่ ΔV คือแรงดันโพลาไรเซชัน DC ที่ใช้ (10 mV), I0 และ I∞ เป็นค่าเริ่มต้นและค่ากระแสคงที่ระหว่างโพลาไรเซชัน ตามลำดับ R0 และ R∞ คือค่าความต้านทานก่อนและหลังโพลาไรเซชัน ตามลำดับ สำหรับความสามารถในการยับยั้งการเจริญเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์ เซลล์สมมาตรที่มีอิเล็กโทรไลต์แข็งคั่นกลางระหว่างอิเล็กโทรดโลหะลิเธียมสองตัวถูกประกอบเข้าด้วยกัน และทำการทดสอบที่ 60 องศา
2 ผลลัพธ์และการอภิปราย
UiO{{0}} ([Zr6O4(OH)4(BDC)6] โดยที่ BDC2- คือ 1,4- อนุมูลกรดเบนเซดิคาร์บอกซิลิก) ที่มีโครงสร้างโครงตาข่ายลูกบาศก์ (fcc) อยู่ตรงกลางใบหน้า (รูปที่ 1(a)) ประกอบด้วยกลุ่ม Zr6O4(OH)4 และตัวเชื่อมโยง BDC มี octahedral 1.2 นาโนเมตรและ 0.75 nm กรง tetrahedral รูปที่ 1(b) เป็นภาพ SEM ของ UiO ที่เตรียมไว้-66 โดยที่ผลึกมีรูปร่างเป็นทรงกลมที่มีขนาด 80-150 นาโนเมตร UiO-66 ถูกรวมเข้ากับอิเล็กโทรไลต์โพลิเมอร์ PEO-LiTFSI เพื่อสร้างอิเล็กโทรไลต์คอมโพสิตด้วยวิธีหล่อสารละลายอย่างง่าย พื้นผิวเรียบของอิเล็กโทรไลต์คอมโพสิตสังเกตได้ในรูปที่ 1(c) ซึ่งบ่งชี้ว่าสารตัวเติม UiO-66 ขนาดนาโนมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอในเมทริกซ์ PEO เนื่องจากคุณสมบัติไฮบริดอนินทรีย์-อินทรีย์ของ UiO-66
รูปที่ 1 (a) โครงสร้างผลึกของ UiO-66 และภาพ SEM ของ (b) UiO ขนาดนาโน-66 และ (c) UiO-66/PEO อิเล็กโทรไลต์คอมโพสิตโพลิเมอร์
ความบริสุทธิ์ของเฟสของผลึก UiO-66 ตามที่เตรียมไว้นั้นได้รับการยืนยันโดยรูปแบบ XRD ซึ่งเข้ากันได้ดีกับผลึกจำลองตามพารามิเตอร์แลตทิซที่รายงาน ดังแสดงในรูปที่ 2(a) ซึ่งบ่งชี้ว่าการสังเคราะห์โครงสร้างนาโนของ UiO-66 ประสบความสำเร็จ เนื้อหาของ UiO-66 ในโพลิเมอร์อิเล็กโทรไลต์ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ค่าการนำไอออนสูง แผนภาพ Arrhenius สำหรับอิเล็กโทรไลต์ PEO ที่มีเนื้อหา UiO-66 ต่างกันแสดงในรูปที่ 2(b)
รูปที่ 2 (a) รูปแบบ XRD ของ UiO จำลอง-66 สังเคราะห์ UiO ขนาดนาโน-66 PEO และ CPE-10 เปอร์เซ็นต์ ; (b) Arrhenius แปลงค่าการนำไฟฟ้าไอออนของอิเล็กโทรไลต์ PEO ที่มีปริมาณ UiO ต่างกัน-66; (c) Nyqiust แปลงภายในความถี่ 1 Hz-1 MHz สำหรับ CPE-10 เปอร์เซ็นต์ที่อุณหภูมิตั้งแต่ 25 ถึง 80 องศา ; (d) เส้นโค้ง LSV ของ SPE และ CPE ในเซลล์ SS/อิเล็กโทรไลต์/Li ที่ 60 องศา ; (e) โปรไฟล์โพลาไรเซชัน DC ของเซลล์ Li/SPE /Li แบบสมมาตรที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ 10 mV ที่ 60 องศา ; (f) โปรไฟล์โพลาไรเซชัน DC ของเซลล์ Li/CPE แบบสมมาตร-10 เปอร์เซ็นต์ /Li เซลล์ที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้ 10 mV ที่ 60 องศา สิ่งที่ใส่เข้าไป (e,f): สเปกตรัมอิมพีแดนซ์ AC ของเซลล์สมมาตรที่สอดคล้องกันก่อนและหลังโพลาไรเซชัน DC
เป็นที่ชัดเจนว่าค่าการนำไฟฟ้าของไอออนิกสูงขึ้นได้จากการเติม UiO ขนาดนาโน-66 ลงในอิเล็กโทรไลต์ PEO เนื่องจากการประสานกันของ [Zr6O4(OH)4]12 บวกกับออกซิเจนใน PEO ช่วยลดความเป็นผลึกของสายโซ่ PEO เพื่อส่งเสริมการเคลื่อนที่แบบปล้องของสายโซ่โพลีเมอร์ ซึ่งพิสูจน์ได้จากรูปแบบ XRD ของ CPE-10 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับ PEO (รูปที่ 2(a)) นอกจากนี้ ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง [Zr6O4(OH)4]12 บวก และ TFSI- ส่งเสริมการแตกตัวของเกลือลิเธียม การเพิ่มขึ้นของเนื้อหาตัวเติม UiO-66 ที่ต่ำกว่าค่าที่กำหนดมาพร้อมกับการส่งเสริมการนำไอออนิก อย่างไรก็ตาม การเพิ่มสารตัวเติมเพิ่มเติมจะลดการนำไฟฟ้าไอออนเนื่องจากการเจือจางและบล็อกผลกระทบ เปอร์เซ็นต์ CPE-10 แสดงค่าการนำไฟฟ้าไอออนสูงสุด (3.0×10-5 S/cm ที่ 25 องศา , 5.8×10-4 S/cm ที่ 60 องศา ) ในขณะที่ค่าการนำไฟฟ้าของ SPE มีค่าเพียง 5.0×10-6 S/cm ที่ 25 องศา และ 1.7×10-4 S/cm ที่ 60 องศา . คุณสมบัติการนำไฟฟ้าของ CPE-10 เปอร์เซ็นต์ที่อุณหภูมิตั้งแต่ 25 ถึง 80 องศายังถูกตรวจสอบโดยเครื่องสเปกโทรสโกปีอิมพีแดนซ์ AC และแผนภาพ Nyqiust แสดงในรูปที่ 2(c) แสดงว่าค่าอิมพีแดนซ์ลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น
ผลของ UiO{{0}} ต่อหน้าต่างเคมีไฟฟ้าของอิเล็กโทรไลต์ PEO ถูกตรวจสอบโดย LSV ที่ระดับ 60 ดังที่แสดงในรูปที่ 2(d) ระดับคงที่ของ CPE-10 เปอร์เซ็นต์ที่ประมาณ 4.9 V นั้นสูงกว่าของ SPE เนื่องจากการทำงานร่วมกันของ UiO-66 กับออกซิเจนซึ่งส่งเสริมแรงดันออกซิเดชันของ PEO และความจริงที่ว่า Zr(IV) ใน UiO-66 นั้นยากที่จะลดลง ดังนั้นจึงคาดว่า CPE นั้นเหมาะสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมที่จับคู่กับแคโทดขั้วบวกแรงดันสูง หมายเลขทรานสเฟอร์เรนซ์ของ Li บวกเป็นพารามิเตอร์สำคัญที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับอัตราความสามารถของ Li บวกในอิเล็กโทรไลต์สถานะของแข็ง เส้นโค้งเวลาปัจจุบันตามโพลาไรเซชัน DC 10 mV สำหรับ SPE และ CPE-10 เปอร์เซ็นต์แสดงในรูปที่ 2(ef) t plus ของ CPE-10 เปอร์เซ็นต์คือ 0.36 และสูงกว่าของ SPE (0.25) เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าการประสานกันของ [Zr6O4(OH)4]12 บวกกับออกซิเจนของ PEO ใน CPE ทำให้การประสานกันของออกซิเจนกับ Li บวกอ่อนลง ซึ่งเป็นผลมาจากการถ่ายโอนของ Li บวก และเศษส่วนของแอนไอออนจะถูกตรึงโดย [Zr6O4(OH)4]12 บวก
ความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าในระยะยาวต่อลิเธียมแอโนดเป็นคุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของอิเล็กโทรไลต์แบบโซลิดสเตต ซึ่งสามารถวัดได้โดยการชุบลิเธียมแบบกัลวาโนสแตติกและการสตริปในเซลล์ Li/อิเล็กโทรไลต์/Li ที่สมมาตร รูปที่ 3(a) แสดงหน้าต่างแรงดันไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นกระแสคงที่ 0.15 mA∙cm-2 เป็นเวลา 1 ชั่วโมงในแต่ละรอบที่ 60 องศา ในรูปที่ 3(b) เซลล์ Li/CPE แบบสมมาตร-10 เปอร์เซ็นต์ /Li แสดงช่วงแรงดันประจุและคายประจุระหว่าง -0.058 และ 0.06 V ในรอบแรก จากนั้นจะลดลงเล็กน้อยเป็น -0.048-0.053 V หลังจาก 900 รอบ ซึ่งบ่งชี้ความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าที่ดีระหว่าง CPE และโลหะลิเธียม และความสามารถ CPE ที่ยอดเยี่ยมในการป้องกันการเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์ ความสามารถนี้สามารถกำหนดได้จากปัจจัยต่อไปนี้: (1) ความแข็งแรงเชิงกลที่ดีขึ้น; (2) เศษส่วนของแอนไอออนที่ถูกตรึงโดย [Zr6O4(OH)4]12 บวกกับการเพิ่มการชุบ Li และสตริปที่สม่ำเสมอ ในทางตรงกันข้าม แรงดันดิสชาร์จของเซลล์ Li/SPE/Li แบบสมมาตรอยู่ในช่วงตั้งแต่ -0.25 ถึง 0.37 V ในรอบแรก (รูปที่ 3(b)) และแบตเตอรี่แสดงการลัดวงจรหลังจากผ่านไป 104 ชั่วโมง ประสิทธิภาพของวัฏจักรที่ต่ำเช่นนี้อาจถูกตำหนิได้จากการชุบและการตีเส้น Li ที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งเป็นผลมาจาก SPE ที่มีค่า t plus ต่ำซึ่งมีแอนไอออนอิสระจำนวนมาก
รูปที่ 3 (a) วัฏจักรกัลวาโนสแตติกที่มีความหนาแน่นกระแสคงที่ 0.15 mA∙cm-2 สำหรับ Li/CPE แบบสมมาตร-10 เปอร์เซ็นต์ /Li และ Li/SPE/Li เซลล์ที่ 60 องศา , (b) การขยายของวัฏจักรกัลวาโนสแตติกของ Li/CPE-10 เปอร์เซ็นต์ /Li และ Li/SPE/Li เซลล์ที่ 1-10 รอบ และ (c) การขยายของ วัฏจักรกัลวาโนสแตติกของ Li/CPE-10 เปอร์เซ็นต์/เซลล์ Li ที่วัฏจักร 895-900
3 บทสรุป
โดยสรุป อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ PEO ซึ่งมี UiO-66 เป็นสารตัวเติมนั้นถูกประดิษฐ์ขึ้นโดยใช้เทคนิคการหล่อสารละลาย CPE ที่ได้รับ-10 เปอร์เซ็นต์แสดงค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูงที่ 3.{6}}×10-5 S/cm ที่ 25 องศา และ 5.8×10-4 S/cm ที่ 60 องศา ซึ่งมีสาเหตุมาจากปัจจัยต่อไปนี้: (1) ความเป็นผลึกต่ำของ PEO เนื่องจากการประสานกันของ [Zr6O4(OH)4]12 บวกกับออกซิเจนในสาย PEO; (2) อันตรกิริยาระหว่าง TFSI- และ [Zr6O4(OH)4]12 รวมทั้งการส่งเสริมการแยกตัวของเกลือลิเธียม จำนวนการถ่ายโอนที่สูงขึ้นของ Li บวก (0.36) เกิดจากการที่เศษของประจุลบไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อความสามารถในการยับยั้งการเจริญเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์ของ CPE ความแข็งแรงเชิงกลที่ได้รับการปรับปรุงและความเสถียรทางเคมีไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมของ CPE เมื่อเทียบกับโลหะลิเธียมทำให้สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของลิเธียมเดนไดรต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้แบตเตอรี่โลหะลิเธียมมีอายุการใช้งานยาวนาน (รอบมากกว่า 1,000 ชั่วโมงที่ 0.15 mA∙ซม.-2, 60 องศา )
วัสดุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเพิ่มเติมจากทูบี พลังงานใหม่
