I. Poliakrilato (PAA) rišiklių charakteristikos ir pranašumai
Minimalus elektrolitų tirpiklių patinimas: pasižymi mažu patinimu, palaikant elektrodų lakštų struktūrinį vientisumą įkrovos/iškrovos ciklų metu.
Didelė karboksilo grupių dalis: Didelis polinių karboksilo grupių tankis sudaro stiprius vandenilio ryšius su hidroksilo turinčiomis aktyviomis medžiagomis, padidindama dispersijos stabilumą.
Nuolatinis plėvelės formavimas: sukuria vienodą plėvelę ant medžiagų paviršių, pagerindamas kontaktą tarp aktyvių medžiagų ir dabartinių kolekcininkų.
Puikus mechaninis stabilumas: palengvina apdorojimo lengvumą elektrodų gamybos metu.
Patobulintas SEI formavimasis ir dviračių sportas: didelė poliarinių funkcinių grupių koncentracija skatina vandenilio ryšį su silicio medžiagos paviršiais ir padeda formuoti stabilų kietojo elektrolito tarpfazės (SEI) sluoksnį, todėl susidaro pranašesnis ciklo tarnavimo laikas.
Ii. Vystymosi iššūkiai
Įprastinės PAA (poliakrilo rūgšties) segtuvų sistemos elektrodams paprastai naudoja kryžminius PAA polimerus kaip anodo segtuvą. Kaip aukštos molekulinės masės polimeras, PAA siūlo puikų sukibimą, dispersijos stabilumą ir korozijos slopinimą. Tai stabilizuoja tinklo struktūrą anodo srutoje, užtikrina vienodą aktyvių medžiagų dispersiją ir pratęsia elektrodų lakštų eksploatavimą.
Tačiau polinės funkcinės grupės palengvina vandenilio ryšį ilgose PAA molekulinėse grandinėse. Tai riboja laisvą grandinių sukimąsi, padidindama jų tvirtumą. Todėl PAA pagrindu pagaminti elektrodų lakštai paprastai pasižymi prastu tvirtumu. Tai pakenkia jų gebėjimui atlaikyti įtempius, kuriuos sukelia aktyvių medžiagų tūrio išsiplėtimas dviračių metu, trukdo ląstelių apvijos procesams ir galiausiai riboja akumuliatoriaus elektrocheminių savybių pagerėjimą.
Iii. Tyrimų praktika praktiškai pritaikant akumuliatorių PAA
1. Natrio jonų akumuliatoriaus kietos anglies anodai
Natrio jonų akumuliatorių (SIBS) kietųjų anglies anodų gamintojai nustato griežtus reikalavimus PAA segtuvams. Aukštos kokybės, labai lankstus PAA segtuvas yra labai svarbus siekiant apsaugoti kietųjų anglies anodų struktūrinį vientisumą.
Dabartinėje SIB kieto anglies anodo rinkoje, naudojant nestandartinius PAA segtuvus, žymiai padidėja padidėjusio vidinio pasipriešinimo rizika, neigiamai paveikti akumuliatoriaus efektyvumą ir patikimumą. Priešingai, aukščiausios kokybės, labai lankstus PAA segtuvas veiksmingai sušvelnina šias problemas.
Elektrocheminis našumas, laidumas, prisitaikymas prie aplinkos ir lanksčiojo PAA segtuko atsparumas korozijai taip pat yra kritiniai veiksniai, tiesiogiai darantys įtaką galutinio kietojo anglies anodo produkto kokybei.
Be būdingų charakteristikų, praktinis taikymas daugiausia dėmesio skiria tokiems našumo parametrams kaip rišiklio charakteristikos, kietas turinys, sukibimo stipris ir pH lygis. Šie parametrai tiesiogiai koreliuoja su kietosios anglies anodo veikimo efektyvumu.
2. Silicio pagrindu pagaminti anodai
Silicio pagrindu pagamintos ličio jonų akumuliatorių anodai siūlo specifinę talpą, kurio dydis yra didesnis nei įprastas grafitas. Tačiau stabilių silicio anodų formavimas yra sudėtingas dėl didelių tūrio pokyčių elektrocheminio lydinio/silicio apdorojimo ličio metu. Siejimo pasirinkimas ir optimizavimas yra gyvybiškai svarbūs norint pagerinti silicio anodo stabilumą. Daugelyje tyrimų naudojami karboksimetil celiuliozės (CMC) ir polivinilideno fluoro (PVDF) rišikliai.
Svarbus eksperimentinių tyrimų rinkinys rodo, kad gryna PAA turi mechanines savybes, panašias į CMC, tačiau joje yra didesnė karboksilo funkcinių grupių koncentracija. Tai leidžia PAA veikti kaip „Si Anodes“ rišiklis, užtikrinantis aukštesnįjį pasirodymą.
Tyrimai taip pat parodo teigiamą anglies dangos poveikį anodo stabilumui. Anglies dengtas Si nanopowder anodai (išbandyti tarp 0. 01 ir 1 V, palyginti su Li/Li+), įtraukdami PAA lygį iki 15 masės%, pasižymi išskirtiniu stabilumu per pirmuosius 100 ciklų. Šios išvados atveria naujas galimybes tyrinėti naujus rišiklius, tokius kaip polivinilo alkoholio (PVA) serija.
Kryžminio sujungimas PAA su kitomis medžiagomis yra nauja vystymosi kryptis, įskaitant AA-CMC kryžminius segtukus, PAA-PVA kryžminius segtukus, PAA-PANI (polianilino) sujungtus segtukus ir EDTA-PAA rišiklius.
3. PVA-G-PAA (PVA skiepyta-PAA)
Naujas vandenyje tirpus rišiklis PVA-G-PAA yra sintetinamas skiepijant PAA ant labai lanksčių PVA (polivinilo alkoholio) šoninių grandinių. Ši funkcinė grupės modifikacija padidina PAA segtuvų sistemos lankstumą, tuo pačiu panaudojant puikias PVA sukibimo savybes.
Ši laisvo radikalo skiepijimo polimerizacija sukuria elastingumą, kompensuodamas grynų PAA rišiklių struktūrinius apribojimus.
Elektrodų lakštų gaminimo metu riedėjimo tankinimas atliekamas nuolat, naudojant skirtingą ritininį slėgį, esantį pagal apibrėžto ilgio lapo segmentus. Šis procesas padidina lapo tvirtumą, sumažina deformaciją, padidina specifinę elektrodų talpą, pagerina greičio galimybes ir prailgina akumuliatoriaus ciklo tarnavimo laiką.
4. PAA prelitavimas (Lipaa)
Taikant silicio ir anglies (SI-C) medžiagas, keliami didesni reikalavimai anodo segtuvų ir laidžiosioms agentams. Tradiciniai standūs PVDF rišikliai yra netinkami Si anodams. Akrilo PAA rišikliuose yra daugybė karboksilo grupių, galinčių sudaryti vandenilio ryšius su funkcinėmis grupėmis Si paviršiuose, skatinančios SEI formavimąsi ir žymiai pagerinant Si anodų ciklo tarnavimo laiką. Taigi PAA rišikliai yra labai veiksmingi SI anodams.
Tyrimai rodo, kad ličio poliakrilatas (LIPAA) pralenkia pačią PAA, nors pagrindinės priežastys nebuvo aiškios. Buvo atlikti išsamūs tyrimai, siekiant išsiaiškinti aukščiausio lygio Lipaa veiklos mechanizmą.
Buvo tiriami elektrodai, sudaryti iš 15% nano-Si, 73% dirbtinio grafito, 2% anglies juodos ir 10% rišiklio (arba PAA, arba LIPAA). Po pradinio džiovinimo buvo atliktas antrinis džiovinimo žingsnis ties 100-200 laipsniu, kad būtų visiškai pašalinta drėgmė. Monetų ląstelių bandymas atskleidė ~ 790 mAh/g talpą LIPAA pagrindu pagamintais anodais, palyginti su ~ 610 mAh/g PAA pagrindu pagamintais anodais.
Visų ląstelių ciklo veikimo kreivės, naudojant NMC532 katodus
A paveikslas: Ląstelės su LIPAA rišikliu nerodo reikšmingos koreliacijos tarp ciklo veikimo ir antrinės džiovinimo temperatūros. NMC532 katodas suteikė pradinę 127 mAh/g pajėgumą esant C/3, o po 90 ciklų sumažėjo iki ~ 91 mAh/g.
B paveikslas: Ląstelės su PAA segtuvu aiškiai priklauso nuo antrinės džiovinimo temperatūros (120 laipsnių raudona, 140 laipsnių aukso, 160 laipsnių žalia, 180 laipsnių mėlyna). Nors 160 laipsnių džiovinta PAA ląstelė parodė didžiausią pradinį pajėgumą, o 120 laipsnių išdžiūvusi ląstelė - mažiausia, 160 laipsnių išdžiūvusi ląstelė greičiausia suskaidyta ir po 90 ciklų pasiekė ~ 62 mAh/g. 140 laipsnių išdžiūvusi ląstelė suskaidė lėčiau, išlaikydama ~ 71 mAh/g.
Pirmojo ciklo kalombinis efektyvumas (CE): LIPAA ląstelės pasiekė ~ 84% (tik 200 laipsnių Lipaa ląstelė buvo šiek tiek mažesnė, esant ~ 82%). Jų bendroauto efektyvumas greitai padidėjo iki ~ 99,6% per pirmuosius 5 ciklus. PAA ląstelės pasiekė ~ 80% pirmojo ciklo CE (tik 180 laipsnių PAA ląstelė buvo žymiai mažesnė ~ 75%), todėl ~ 40 ciklų siekia 99,6% CE-žymiai lėčiau nei LIPAA ląstelės.
Impulsų išleidimo bandymai, esant 50% išleidimo gyliui (DoD), parodė žymiai mažesnį vidinį atsparumą LIPAA ląstelėse, palyginti su PAA ląstelėmis [nurodytas paveikslas žemiau], be jokio akivaizdaus ryšio su antrine LIPAA džiovinimo temperatūra. Priešingai, PAA ląstelių atsparumas pastebimai padidėjo esant aukštesnei antrinei džiovinimo temperatūrai.
Kevino A. Hays termogravimetrinė analizė (TGA) [nurodytas paveikslas žemiau] Apie LIPAA ir PAA anodus nustatė du pagrindinius dehidratacijos etapus: 1) laisvas vandens pašalinimas (~ 40 laipsnių), 2) adsorbuoto vandens pašalinimas (LIPAA ~ 75 laipsnių, PAA ~ 125 laipsnių). Papildomos svorio metimo smailės įvyko PAA tarp 140-208 laipsnio ir LIPAA tarp 85-190 laipsnio, priskiriamo kai kurių karboksilo grupių, išleidžiančių vandenį, polimerizacijai [nurodyta reakcija žemiau]. Ši reakcija yra mažiau ryški LipAA, kur Li pakeičia H ~ 80% karboksilo grupių.
Aukštos temperatūros PAA karboksilo grupių polimerizacija gali susilpninti PAA ir Si sąveiką, potencialiai paaiškindama blogo ciklo, džiovintų džiovintų PAA anodų, ciklo. Tačiau žievelės stiprumo testai parodė, kad nors PAA sukibimas sumažėjo esant aukštesnei džiovinimo temperatūrai, jis išliko aukštesnis nei LIPAA, o tai rodo, kad kiti veiksniai prisideda prie viršutinio LIPAA ciklo.
Ⅳ. Išvada
Šis tyrimas nustato blogą elektrocheminį stabilumą kaip pagrindinį veiksnį, ribojantį PAA ciklo veikimą. Esant mažam potencialams, PAA iš dalies konvertuoja įLipaa, Vandenilio dujų generavimas:
PAA + ... ->Lipaa + H₂
Ši reakcija paaiškina mažesnį PAA ląstelių pirmojo ciklo CE (~ 80%), palyginti su LIPAA ląstelėmis (~ 84%), ir žymiai ilgesnį laiką (~ 40 ciklų vs.<5 cycles) required for PAA cells to achieve high Coulombic efficiency (99.6%).
TOB nauja energija- Jūsų profesionalus partnerisAkumuliatoriaus medžiagos, Įranga ir gamybos linijų sprendimai.
