LI Tingting, ZHANG Yang, CHEN Jiahang, MIN Yulin, Wang Jiulin. Ceanglóir Solúbtha le haghaidh S@pPAN Cathóide de Battery Litiam Sulfair. Iris na nÁbhar Neamhorgánacha, 2022, 37(2): 182-188 DOI: 10.15541/jim20210303
Teibí
Déanann polai(acrylonitrile) (acrylonitrile) (S@pPAN) ilchodach mar ábhar catóide de cheallraí Li-S meicníocht imoibrithe comhshó soladach-soladach a bhaint amach gan polasulfídí a dhíscaoileadh. Mar sin féin, tá tionchar suntasach ag a saintréithe dromchla agus comhéadan ar fheidhmíocht leictreamaiceimiceach, agus tá athruithe soiléire toirte ann freisin le linn rothaíochta leictreamaiceimiceach. Sa staidéar seo, baineadh úsáid as nanafeadáin charbóin aon-bhalla (SWCNT) agus ceallalóis carboxymethyl sóidiam (CMC) mar cheangail le haghaidh catóide S@pPAN chun dromchla S@pPAN a rialáil agus chun athruithe toirte a mhaolú le linn luchtaithe agus urscaoilte. Ag dlús reatha 2C, b'ionann ráta coinneála acmhainne na gcadhnraí tar éis 140 timthriall agus 84.7 faoin gcéad, agus is féidir cumas ard sonrach de 1147 mAh∙g{8}} a choinneáil fós ag dlús ard reatha 7C. Méadaíonn an neart teanntachta deiridh le haghaidh scannán an ceanglóra ilchodach 41 uair tar éis SWCNT a chur leis, agus ráthaíonn an ceanglóra ilchodach comhéadan leictreoid níos cobhsaí le linn oibriú, rud a fheabhsaíonn go héifeachtach cobhsaíocht timthriall na gcadhnraí litiam-sulfair sembled.
Eochairfhocail:ceallraí litiam-sulfair, catóid S@pPAN, carboxymethyl ceallalóis sóidiam; ceanglóra, comhéadan cobhsaí
Tá na buntáistí a bhaineann le próiseas ullmhúcháin simplí agus úsáid áisiúil ag cadhnraí litiam-ian traidisiúnta, ach tá na fadhbanna a bhaineann le dlús ísealfhuinnimh (go ginearálta níos lú ná 250 Wh∙kg-1) agus ardchostas fós le feiceáil. Tá dlús fuinnimh sonrach teoiriciúil níos airde ag cadhnraí litiam-sulfair (2600 Wh∙kg-1), agus meastar gurb iad an chéad ghlúin eile de chadhnraí in-athluchtaithe tánaisteacha a bhfuil acmhainneacht forbartha iontach acu. Ina theannta sin, tá buntáistí ag baint le sulfair eiliminteach mar chúlchistí flúirseacha, costas íseal, agus saintoilleadh teoiriciúil de 1672 mAh·g-1. Mar sin féin, beidh athrú mór toirte (thart ar 80 faoin gcéad) ag an leictreoid dhearfach eiliminteach traidisiúnta sulfair agus púdarú leictreoid le linn an phróisis mhuirearaithe agus urscaoilte, rud a fhágann go mbeidh saol ceallraí giorraithe. Agus ginfidh sé polasulfídí intuaslagtha, rud a fhágann go mbeidh éifeacht tointeála ann, rud a fhágann go dtiocfaidh sraith fadhbanna ar deireadh mar úsáid íseal d'ábhair ghníomhacha agus droch-chobhsaíocht timthriall na ceallraí. D'fhonn tionchar an éifeacht tointeála ar fheidhmíocht ceallraí a laghdú, tá go leor ábhar catóide ilchodach bunaithe ar sulfair forbartha ag taighdeoirí chun feidhmíocht cadhnraí litiam-sulfair a fheabhsú. Ar nós ábhair chomhchodacha carbóin-sulfair, polaiméirí seoltacha agus ábhair chomhchodacha déanta ag ocsaídí miotail agus sulfair. Is breiseán ginearálta iad nanaifeadáin aon-bhalla carbóin (SWCNTanna) a bhfuil na buntáistí a bhaineann le dlús íseal, meáchan éadrom agus seoltacht leictreach maith acu. Sa staidéar seo, athraíodh ceallalóis carboxymethyl sóidiam trí SWCNT a chur leis chun cruas agus neart teanntachta deiridh an ceanglóra a fheabhsú. Is féidir le cur i bhfeidhm an ceanglóra ilchodach seo (sonraithe mar SCMC) i gcadhnraí litiam-sulfair le S@pPAN mar ábhar catóide cobhsaíocht timthriall na ceallraí a fheabhsú go suntasach.
Modh turgnamhach
1.1 Ullmhúchán ábhair
Meáigh méid áirithe polyacrylonitrile (Mw{{{{0}.5×105, Aldrich) agus sulfair eiliminteach de réir an chóimheas mais 1:8, cuir méid iomchuí eatánóil absalóideach mar scaiptheoir, agus measc iad go cothrom i jar muileann liathróid agate séalaithe. Tar éis muilleoireacht liathróid ar feadh 6 uair an chloig, triomaíodh é in oigheann soinneáin ag 60 céim . Tar éis a thriomú, meilt an meascán bloc go maith. Ansin rinneadh méid áirithe de phúdar measctha a mheá agus a chur i mbád Grianchloch, agus ardaíodh an teocht go 300 céim i bhfoirnéis feadán faoi atmaisféar cosanta nítrigine, agus coinníodh é ar feadh 6.5 h chun púdar dubh S@pPAN a fháil le codán mais sulfair de 41 faoin gcéad . Meáigh 20 mg SWCNT isteach i mbuidéal samplach, agus ansin cuir 0.5 mg·mL-1 deodecylbenzenesulfonate sóidiam (SDBS). Tar éis cóireála ultrasonaic ar feadh 10 n-uaire, cuireadh CMC (Mw=7 × 105, Aldrich) leis an bhfionraí SWCNT (b é an cóimheas mais CMC agus SWCNT 2: 1) agus corraigh ar feadh 2 uair an chloig chun SCMC a fháil, agus is é a chodán mais ábhar soladach 1 faoin gcéad. Ina theannta sin, úsáidtear an CMC a úsáidtear sa turgnamh rialaithe CMC go díreach mar an gcéanna sa turgnamh rialaithe sintéise SCMC eile. CMC a thuaslagadh in uisce dí-ianaithe, is é 1 faoin gcéad an codán mais de CMC, agus tá an sampla lipéadaithe mar CMCP.
1.2 Ullmhú leictreoid agus cóimeáil ceallraí
Rinneadh S@pPAN, Sár-P agus sciodar nasctha (SCMC nó CMCP) a mheá de réir an chóimheas maise 8:1:1. Cuir é in umar polytetrafluoroethylene le haghaidh muilleoireachta liathróid ar feadh 2 uair an chloig, agus déantar mais an sciodair bhanna a ríomh de réir mais an chomhpháirte céim soladach. Brataíodh an sciodar ar an scragall alúmanaim atá brataithe le carbóin le feidhmchlár scannáin, agus tar éis a thriomú ag teocht an tseomra, gearradh é i dioscaí ϕ12 mm le microtome, agus triomaíodh é in oigheann soinneáin ag 7 0 céim ar feadh 6 huaire. Tar éis réamh-thriomú, próiseáladh an píosa cuaille le preas táibléid faoi bhrú 12 MPa chun tiús an phíosa cuaille a laghdú agus dlús dhlúthú an phíosa cuaille a mhéadú, agus ansin leanúint ar aghaidh ag folús tirim ag 70 céim ar feadh 6 uair an chloig. Tar éis titim teocht an oigheann bhfolús go teocht an tseomra, aistríodh an píosa cuaille go tapa chuig an mbosca glove le haghaidh a mheá agus a chur ar leataobh. Is é an luchtú ábhar gníomhach in aghaidh an aonaid achair den chatóid sa staidéar seo ná thart ar 0.6 mg∙cm-2. Sainítear na leictreoidí atá bunaithe ar SCMC agus CMCP mar S@pPAN/SCMC agus S@pPAN/CMC, faoi seach.
1.3 Tástáil feidhmíochta leictriceimiceach
Cuireadh 2016-ceallraí cineál cnaipe le chéile in ord an cháis leictreoid dheimhneach, an leatháin leictreoid dhearfach, an deighilteoir, agus an leathán litiam. Is é an leictrilít 1 mol L-1 LiPF6 carbónáit eitiléine (EC)/carbónáit démheitile (DMC) (cóimheas toirte 1 : 1) tuaslagán móide mais codán de 10 faoin gcéad de charbónáit fhluaireitiléin (10 faoin gcéad FEC), Is scairt poileitiléin (PE) é an scairt.
Bain úsáid as córas tástála ceallraí Xinwei chun tástálacha leanúnacha muirear agus urscaoilte a dhéanamh ar na cadhnraí cóimeáilte. Ceadaíodh don cheallraí seasamh ar feadh 4 h roimh rothaíocht chun an deighilteoir agus na leictreoidí a infilt go hiomlán leis an leictrilít. Bhí an voltas scoite luchtaithe sa raon ó 1.0 go 3.0 V, agus coinníodh teocht tairiseach 25 céim le linn rothaíochta. Rinneadh an tástáil timthriall fadtéarmach ag dlús reatha 2C, agus rinneadh tástáil ar fheidhmíocht ráta na ceallraí ag 0.5C, 1C, 3C, 5C, agus 7C dlús reatha. Rinneadh voltaiméadracht chiorclach (CV) ar stáisiún oibre leictriceimiceach CHI 760E le ráta scanadh 1 mV s-1. Ríomhtar an toilleadh sonrach bunaithe ar an sulfair chomhpháirt ghníomhach.
1.4 Tréithriú Airíonna Fisiceacha
Baineadh úsáid as speictreascópacht fótaleictreonach X-gha (XPS) chun anailís a dhéanamh ar eilimintí dromchla bileoga litiam tar éis rothaíocht ceallraí, agus críochnaíodh an t-ullmhúchán samplach i mbosca glove. Rinne diffractometer X-ghathach (XRD) tástáil ar speictream XRD an ábhair S@pPAN.
Tástáladh cuar struis-bhrú an ghreamaithe le hanailíseoir teirmeicniúil dinimiciúil (DMA Q850). Is é seo a leanas an próiseas ullmhaithe samplach: titim CMCP agus SCMC ar dhromchla pláta polytetrafluoroethylene cothrom agus glan, é a chur in oigheann soinneáin ag 55 céim ar feadh 8 h chun scannán a fhoirmiú, agus é a ghearradh ina stiallacha le haghaidh tástála, faoi seach ainmnithe mar scannán CMC agus membrane SCMC.
Rinneadh na leictreoidí timthriallta a nite trí huaire le méid cuí de thuaslagóir DMC i mbosca glove chun an leictrilít iarmharach a bhaint ar an dromchla, agus a thriomú go nádúrtha. Breathnaíodh ar mhoirfeolaíocht na samplaí trí mhicreascópacht leictreon (SEM).
Níos mó ian litiamÁbhair BatteryóFuinneamh Nua TOB
