Analyse du mécanisme de l'analyseur de gonflement des cellules in situ des batteries au lithium-soufre

Analyse du mécanisme de l'analyseur de gonflement des cellules in situ des batteries au lithium-soufre

Informations sur l'auteur et résumés d'articles

En 2022, le Dr Li Chuang de l'Institut de recherche de Shenzhen de l'Université Tsinghua a développé une batterie en polyacrylonitrile au lithium sulfuré (Li-SPAN) à l'état solide avec un électrolyte sel dans polymère. Dans cette structure, le soufre est immobilisé dans le substrat en polyacrylonitrile pendant le cyclage, empêchant la formation de Li2S, ce qui lui permet de présenter une cinétique redox plus rapide et des performances plus faibles que les systèmes de batterie lithium-soufre à l'état solide classiques. Cet article est le premier rapport à améliorer la cinétique redox des batteries Li-SPAN à semi-conducteurs en modifiant la force de la liaison CS plutôt qu'en utilisant des catalyseurs, ouvrant de nouvelles opportunités pour la conception de batteries Li-soufre à semi-conducteurs plus performantes dans le avenir.

TestPet

1. Préparation du matériel :1PVHF1FSI électrolyte solide, électrode positive SPAN solide.

2. Test électrochimique :La conductivité ionique de l'électrolyte a été testée par EIS, des cellules de flambage et de poche Li-SPAN de type 2032 ont été préparées, et le volume de SPAN et d'électrode négative au lithium a été testé par un dispositif de mesure de gonflement d'épaisseur in situ MCS1000 (IEST).

3. Caractérisation des matériaux :SEM, XPS, Raman, RMN.

Analyse des résultats

Figure 1. Caractérisation des performances de la membrane à électrolyte solide 1PVHF1FSI dans les batteries Li-SPAN

Les auteurs ont caractérisé les performances de la membrane à électrolyte solide 1PVHF1FSI dans les batteries Li-SPAN sous divers aspects et ont découvert qu'elle possède des canaux poreux continus, qui peuvent fournir un bon chemin de conduction ionique, et que ses propriétés mécaniques peuvent mieux inhiber la formation de lithium métal. dendrites. grandir. Le mécanisme de stockage des ions lithium dans la batterie Li-SPAN à l'état solide avec 1PVHF1FSI comme matrice est différent de celui de la batterie Li-SPAN liquide. Les auteurs suivants ont analysé la tension de polarisation, la courbe CV, la capacité de cycle et les performances de vitesse des trois matériaux d'électrode. La caractérisation précise en outre que SPAN à l'état solide a une meilleure stabilité de cycle et une meilleure capacité de vitesse en raison d'une cinétique redox élevée et d'un faible changement de volume.

Figure 2. Analyse du mécanisme de stockage de Li dans SPAN à l'état solide

Les auteurs analysent plus en détail le mécanisme de stockage du lithium-ion dans SPAN à l'état solide par Raman in-situ et in-situgonflementappareils de test d'épaisseur. Il a été constaté que dans le SPAN à l'état solide, comme les ions lithium sont stockés dans le SPAN à l'état solide, la liaison SS est rompue pour former une structure Li₄S₂-PAN. Ce processus ressemble à la réaction d'insertion de l'intercalation du lithium, les auteurs appellent donc ce mécanisme quasi-intercalation. réaction.

Figure 3. Caractérisation des performances de la batterie de poche SPAN à semi-conducteurs

Après avoir analysé le mécanisme de réaction, les auteurs ont assemblé des batteries de poche SPAN à l'état solide et liquide pour caractériser leur stabilité de cycle et leurs performances de flexion. Il a été constaté que la batterie SPAN à semi-conducteurs a une meilleure flexibilité, le taux de rétention de capacité est comparable aux performances de flambage et la stabilité thermique de l'électrolyte est également très bonne. Bon, peut résister aux effets des courts-circuits ou des piqûres d'aiguille. Dans les applications pratiques, il peut également recharger les smartphones.

Résumer

Dans cet article, une batterie Li-SPAN à l'état solide avec un électrolyte polymère sel-dans-polymère a été développée. Dans cette structure, S est immobilisé dans le substrat PAN pendant le cyclage, empêchant la formation de Li2S, lui permettant ainsi de présenter une cinétique redox plus rapide et moins de volume que les systèmes de batterie Li-S à semi-conducteurs conventionnels en termes de performances Variété. Ce travail fournit une nouvelle idée pour améliorer la cinétique redox du soufre des batteries Li-S à l'état solide.

Équipement de test recommandé

Modèle de la série MCS Flambage In-situ SjaillissantSystème de test