25130

سنتز و ارزيابي عملكرد الكتروليت هاي جامد پليمري براي باتري هاي ليتيوم-يون

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

96-99

99/12/25

سوسن روشن ضمير

مهندسي شيمي، نفت و گاز

با توجه به رشد روزافزون استفاده از باتري‌هاي ليتيوم-يون به عنوان منبع ذخيره انرژي الكتروشيميايي به ويژه در خودروهاي الكتريكي، پژوهش براي بهبود عملكرد اين نوع باتري‌ها ضروري به نظر مي‌رسد. الكتروليت‌هاي جامد پليمري يك جايگزين مناسب براي الكتروليت‌هاي مايع معمول، براي افزايش ايمني، افزايش چگالي انرژي (از طريق استفاده از آند ليتيومي) و كاهش هزينه ساخت باتري‌هاي ليتيوم-يون، مي‌باشند. بدين منظور در پژوهش حاضر يك الكتروليت جامد شامل آميخته پليمري از پلي‌كاپرولاكتون (PCL) و پلي‌استايرن-اكريلونيتريل (SAN) و نمك LiTFSI سنتز، مشخصه‌يابي و عملكرد آن به عنوان الكتروليت/جداكننده در باتري ليتيوم-يون بررسي شد. الكتروليت به دست آمده داراي هدايت يوني به ميزان 5-^10*1/6 زيمنس بر سانتي متر در دماي اتاق و 4-^10*1/8 زيمنس بر سانتي متر در دماي 75 درجه سانتي گراد مي‌باشد. نتايج آزمون DSC نشان داد افزودن SAN باعث ايجاد يك الكتروليت كاملا آمورف نسبت به PCL نيمه‌كريستالي مي‌شود كه اين موضوع به عنوان عامل اصلي افزايش هدايت يوني شناخته شد. آزمون كشش پليمر افزايش قابل توجه پايداري مكانيكي الكتروليت را پس از افزودن SAN ثابت كرد. آزمون FT-IR طبق انتظار تشكيل پيوند كوئورديناسيوني ميان يون ليتيوم و اكسيژن واحد كربونيل PCL را نشان داد. آزمون عدد انتقال، ميزان 0/42 براي كاتيون ليتيوم را نتيجه داد كه تقريبا چهار برابر الكتروليت پلي‌اتيلن‌اكسايد و در رده الكتروليت‌هاي كوپليمر شده بر پايه PCL است. آزمون عملكرد در باتري مقدار بيشينه ظرفيت معادل 86% باتري مرجع با الكتروليت (مايع) و جداكننده تجاري را نتيجه داد. هم‌چنين مشخص شد الكتروليت شامل SAN خالص با بارگذاري نمك بالا هدايت يوني 6-^10*6/3 زيمنس بر سانتي متر در دماي اتاق داراست كه براي اين الكتروليت پليمر-در-نمك قابل توجه است.

1400/06/02

Synthesis and Performance Evaluation of Solid Polymer Electrolytes for Li-ion Batteries

3/15/2022 12:00:00 AM

Considering the thriving use of lithium-ion batteries as a source of electrochemical energy storage, especially in electric vehicles, research to improve the performance of these types of batteries seems crucial. In this aspect, a solid electrolyte consisting of a polymer blend of polycaprolactone (PCL), polystyrene-co-acrylonitrile (SAN) and LiTFSI salt was synthesized, characterized and its performance as an electrolyte/separator in lithium-ion batteries was evaluated. The electrolyte with the optimized composition had an ionic conductivity of 1.6*10^-5 S/cm at room temperature and 1.8*10^-4 S/cm at 75 °C . The results of DSC analysis showed the addition of SAN to the optimum level produces a completely amorphous electrolyte compared to the semi-crystalline PCL, which was recognized as the main element in increasing ionic conductivity. Another notable finding was the phase separation of the polymer blend in the presence of salt, which was seen for the first time in the SPE literature. The polymer tensile test proved a significant increase in the mechanical stability of the electrolyte after the addition of SAN. The FT-IR analysis indicated the expected formation of a coordination bond between the lithium ion and the PCL carbonyl unit oxygen. The transference number test showed a value of 0.42 for the cation, which is approximately four times higher that of the polyethylene oxide electrolyte and is comparable to the PCL-based copolymerized electrolytes. Battery performance evaluation resulted a maximum capacity equal to 86% of the reference battery with commercial electrolyte (liquid) and separator, which accordingly illustrates a negative contribution of factors such as passivation of the lithium anode surface and electrolyte cast method on the amount of capacity and further research seems necessary in this context. It was also found the pure SAN with high load of LiTFSI has an ionic conductivity of 6.3*10^-6 S/cm at room temperature which is considered significant for this polymer-in-salt electrolyte.

باتري ليتيوم-يون , الكتروليت جامد , باتري حالت جامد

Li-ion Batteries , Solid Polymer Electrolyte , Solid State Batteries