Li-ionbatterijen (LIB's) zijn veelgebruikte batterijen die de moderne ITC-maatschappij ondersteunen, inclusief smartphones en EV's. LIB's worden herhaaldelijk geladen en ontladen door Li-ionen die heen en weer gaan tussen de positieve en negatieve elektroden, waarbij de Li-ion-elektrolyt fungeert als een doorgang voor de ionen.

Normaal gesproken zijn organische elektrolyten zoals vloeibaar ethyleencarbonaat (EC) en hun gels gebruikt als de Li-ion-elektrolyt vanwege hun spanningsweerstand en ionische geleidbaarheid. Omdat vloeistoffen en gels echter ontvlambaar zijn, verdient het de voorkeur om over te schakelen naar veiligere polymere vaste elektrolyten.

Polymere vaste elektrolyten zoals polyethyleenglycol (PEG) zijn voorgesteld als slagvaste Li-ion-elektrolyten. Op PEG gebaseerde polymeerelektrolyten kristalliseren echter bij kamertemperatuur, wat resulteert in een significante daling van de geleidbaarheid van Li-ionen tot ongeveer 10 ^-6 S/cm bij kamertemperatuur.

Om dit probleem op te lossen, heeft een onderzoeksgroep een nieuw type polymere vaste elektrolyt uitgevonden door een poreus polymeermembraan te combineren met poriën van verschillende micron en een fotovernetbare polyethyleenglycol op PEG gebaseerde polymeerelektrolyt. De polymere vaste elektrolyt realiseerde een breed potentiaalvenster (4,7 V), een hoge Li-ion geleidbaarheid in de 10 ^-4 S/cm-klasse, die equivalent is aan een vloeistof en voldoende is voor praktisch gebruik, en een hoog Li-ion-overdrachtsgetal (0,39).

Li-ionen die in de elektrolyt worden overgedragen, bewegen in verschillende richtingen als gevolg van natuurlijke diffusie. De afstand is enkele µm tot 10 µm en beweegt niet altijd lineair tussen elektroden, wat een van de redenen is voor de afname van de ionische geleidbaarheid. In de huidige studie werden daarom de prestaties van foto-verknoopte, op PEG gebaseerde vaste polymeerelektrolyten verbeterd door ze samen te stellen met poreuze membranen ter grootte van een micrometer.

Deze polymere vaste elektrolyt vertoont niet alleen hoge prestaties als elektrolyt, maar zal naar verwachting ook effectief zijn in het afschrikken van de vorming van Li-dendrieten (dendritische kristallen), die ontbranding kunnen veroorzaken door de opname van een poreus membraan. Door het realiseren van veilige, high-performance LIB's draagt ​​deze prestatie bij aan het realiseren van een duurzame energievoorziening, het zevende doel van de SDG's.

Het onderzoek is gepubliceerd in iScience . + Verder verkennen

Een in-situ gegenereerde composiet elektrolyt in vaste toestand voor hoogspannings-lithium-metaalbatterijen