Khảo sát màng điện giải rắn phối trộn các polymer PEO, PVDF-HFP và PMMA ứng dụng trong pin sạc lithium
,
,
,
và
*
Article Sidebar
Full Text: 
PDF
Abstract
In this study, solid polymer electrolytes based on a PEO matrix blended with two other PMMA and PVdF-HFP at different ratios (1:1:1, 1:2:2, 2:2:1, 2:1:2) along with LiTFSI salt (10-15-20-25-30% salt). The structure, morphology and functional groups of the electrolyte solid membrane was examined using X-ray diffraction, a scanning electron microscope, and Fourier transform infrared spectroscopy. The electrochemical properties of the solid polymer electrolytes were also evaluated using Galvanostatic cycling with Potential Limitation (GCPL). Both solid state electrolytes at ratios 1:1:1 and 1:2:2 showed good Coulomb efficiency > 99%. Typically, the electrolyte of 1:1:1 - 25% LiTFSI ratio showed initial cycle-specific capacity of 100.9 mAh/g, and remained 94.4% initial value after 50 cycles. When charged and discharged at different current rates (C/10, C/5, C/3, C/2, 1C, and 2C), the cell using 1:1:1 - 25% LiTFSI ratio offered a specific capacity of approximately 79.5 mAh/g at a C/2 rate, which was higher than the 1:2:2 - 25% LiTFSI ratio only achieved about 58.7 mAh/g.
Tóm tắt
Nghiên cứu được thực hiện nhằm khảo sát màng điện giải polymer với khung nền PEO phối trộn với polymer PMMA và PVdF-HFP ở các tỉ lệ khác nhau (1:1:1, 1:2:2, 2:2:1, 2:1:2) và muối LiTFSI (hàm lượng 10-15-20-25-30 % muối). Màng điện giải được khảo sát hình thái bằng các phép đo nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử quét và phổ hồng ngoại biến đổi Fourier. Tính chất điện hóa của màng điện giải rắn polymer được đánh giá thông qua phương pháp phóng sạc dòng cố định. Cả hai tỉ lệ 1:1:1 và 1:2:2 với 25% LiTFSI phối trộn màng điện giải rắn cho pin đều có hiệu suất phóng sạc cao 99%. Ở tỉ lệ 1:1:1 – 25% LiTFSI, pin Li||LiFePO4 đạt dung lượng riêng ở chu kỳ đầu là 100,9 mAh/g và khả năng duy trì dung lượng là 94,35% sau 50 chu kỳ. Khi phóng sạc ở các tốc độ dòng khác nhau (C/10, C/5, C/3, C/2, 1C và 2C) thì tỉ lệ 1:1:1 – 25% LiTFSI đạt được dung lượng riêng khoảng 79,5 mAh/g khi tốc độ dòng là C/2 cao hơn so với tỉ lệ 1:2:2 – 25% LiTFSI khoảng 58,7 mAh/g.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Tài liệu tham khảo
Dhatarwal, P., & Sengwa, R. J. (2018). Influence of solid polymer electrolyte preparation methods on the performance of (PEO–PMMA)–LiBF4 films for lithium-ion battery applications. Polymer Bulletin, 75(12), 5645-5666.
https://doi.org/10.1007/s00289-018-2354-6
Gohel, K., & Kanchan, D. K. (2018). Ionic conductivity and relaxation studies in PVDF-HFP: PMMA-based gel polymer blend electrolyte with LiClO4 salt. Journal of Advanced Dielectrics, 8(01), 1850005.
https://doi.org/10.1142/S2010135X18500054
Li, Z., Fu, J., Zhou, X., Gui, S., Wei, L., Yang, H., & Guo, X. (2023). Ionic conduction in polymer‐based solid electrolytes. Advanced Science, 10(10), 2201718.
https://doi.org/10.1002/advs.202201718
Luo, S., Liu, X., Gao, L., Deng, N., Sun, X., Li, Y., & Kang, W. (2022). A review on modified polymer composite electrolytes for solid-state lithium batteries. Sustainable Energy & Fuels, 6(22), 5019-5044.
https://doi.org/10.1039/D2SE01093C
Ngai, K. S., Ramesh, S., Ramesh, K., & Juan, J. C. (2016). A review of polymer electrolytes: fundamental, approaches and applications. Ionics, 22, 1259-1279.
https://doi.org/10.1007/s11581-016-1756-4
Qin, H, K., Holguin, K., Mohammadiroudbari, M., Huang, J., Kim, E. Y. S., Hall, R., & Luo, C. (2021). Strategies in structure and electrolyte design for high‐performance lithium metal batteries. Advanced Functional Materials, 31(15), 2009694.
https://doi.org/10.1002/adfm.202009694
Ravi, M., Kim, S., Ran, F., Kim, D. S., Lee, Y. M., & Ryou, M. H. (2021). Hybrid gel polymer electrolyte based on 1-methyl-1 Propylpyrrolidinium Bis (Trifluoromethanesulfonyl) imide for flexible and shape-variant lithium secondary batteries. Journal of Membrane Science, 621, 119018.
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.119018
Seidl, L., Grissa, R., Zhang, L., Trabesinger, S., & Battaglia, C. (2022). Unraveling the voltage‐dependent oxidation mechanisms of poly (ethylene oxide)‐based solid electrolytes for solid‐state batteries. Advanced Materials Interfaces, 9(8), 2100704.
https://doi.org/10.1002/admi.202100704
Shi, J., Yang, Y., & Shao, H. (2018). Co-polymerization and blending based PEO/PMMA/P (VDF-HFP) gel polymer electrolyte for rechargeable lithium metal batteries. Journal of Membrane Science, 547, 110.
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2017.10.033
Wang, J., Zhang, Y., Chen, Z., Fan, S., Zhang, Q., Zhang, Y., & Chi, Q. (2024). Polymer solid electrolytes with ultra-stable cycles and high-capacity retention for all-solid-state Li-metal battery. Chemical Engineering Journal, 492, 152222.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152222
Wang, H., Sheng, L., Yasin, G., Wang, L., Xu, H., & He, X. (2020). Reviewing the current status and development of polymer electrolytes for solid-state lithium batteries. Energy Storage Materials, 33, 188-215.
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.08.014
Xue, Z., He, D., & Xie, X. (2015). Poly (ethylene oxide)-based electrolytes for lithium-ion batteries. Journal of Materials Chemistry A, 3(38), 19218-19253.
https://doi.org/10.1039/C5TA03471J
Yang, M., Zhao, B., Li, J., Li, S., Zhang, G., Liu, S., & Liu, H. (2022). Modified poly (vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) polymer electrolyte for enhanced stability and polymer degradation inhibition toward the Li metal anode. ACS Applied Energy Materials, 5(7), 9049-9057.
https://doi.org/10.1021/acsaem.2c01505
Ye, X., Liang, J., Hu, J., Wu, D., Li, Y., Ouyang, X., & Liu, J. (2023). An ultra-thin polymer electrolyte for 4.5 V high voltage LiCoO2 quasi-solid-state battery. Chemical Engineering Journal, 455, 140846. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140846