Влияние наночастиц TiO2 и “жидкофазной терапии” на сопротивление межфазной границы литий / полимерный электролит с введением ионной жидкости

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено влияние обработки 1 М раствором LiN(CF3SO2)2 в смеси диоксолан/диметоксиэтан (2:1) поверхности металлического лития на сопротивление границы литий/полимерный и литий/нанокомпозитный электролит на основе ионной жидкости тетрафторбората 1-этил-3-метилимидазолия. Показано, что “жидкофазная терапия” уменьшает сопротивление на границе Li/электролит в 2.5 раза при комнатной температуре и расширяет диапазон рабочих температур до –30°C. Введение наночастиц TiO2 в состав полимерного электролита наряду с “жидкофазной терапией” как катода, так Li-анода обеспечивает высокую и стабильную разрядную емкость Li//LiFePO4 -аккумулятора в течение 100 циклов заряда-разряда.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. Р. Баймуратова

ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: guzalia.rb@yandex.ru
Россия, Черноголовка

А. В. Юдина

ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: oyarm@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка

К. Г. Хатмуллина

ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН; Национальный исследовательский университет “Московский энергетический институт”

Email: guzalia.rb@yandex.ru
Россия, Черноголовка; Москва

А. А. Слесаренко

ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: guzalia.rb@yandex.ru
Россия, Черноголовка

О. В. Ярмоленко

ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН

Email: oyarm@icp.ac.ru
Россия, Черноголовка

Список литературы

  1. Pei, Y., Zhang, Y., Ma, J., Fan, M., Zhang, S., and Wang, J., Ionic Liquids for Advanced Materials, Mater. Today Nano, 2022, vol. 17, p. 100159.
  2. Dong, K., Liu, X., Dong, H., Zhang, X., and Zhang, S., Multiscale Studies on Ionic Liquids, Chem. Rev., 2017, vol. 117, p. 6636.
  3. Chen, N., Zhang, H., Li, L., Chen, R., and Guo, S., Ionogel Electrolytes for High‐Performance Lithium Batteries: A Review, Adv. Energy Mater., 2018, vol. 8, p. 1702675.
  4. Watanabe, M., Thomas, M.L., Zhang, S., Ueno, K., Yasuda, T., and Dokko, K., Application of Ionic Liquids to Energy Storage and Conversion Materials and Devices, Chem. Rev., 2017, vol. 117, p. 7190.
  5. Yu, L. and Chen, G.Z., Ionic Liquid-Based Electrolytes for Supercapacitor and Supercapattery, Front. Chem., 2019, vol. 7, p. 272.
  6. Tripathi, A.K., Ionic Liquid–Based Solid Electrolytes (Ionogels) for Application in Rechargeable Lithium Battery, Mater. Today Energy, 2021, vol. 20, p. 100643.
  7. Correia, D.M., Fernandes, L.C., Martins, P.M., García‐Astrain, C., Costa, C.M., Reguera, J., and Lanceros‐Méndez, S., Ionic Liquid–Polymer Composites: A New Platform for Multifunctional Applications, Adv. Funct. Mater., 2020, vol. 30, p. 1909736.
  8. Qiu, C., Li, Z., Pan, J., Hong, Y., Li, J., Lin, Y., Shi, K., and Liu, Q., Designing Stable Electrode Interfaces from a Pyrrolidine-Based Electrolyte for Improving LiNi0.8 Co 0.1Mn0.1 O 2 Batteries, Ind. Eng. Chem. Res., 2022, vol. 61, p. 14173.
  9. del Bosque, A., Muñoz, B.K., Sánchez, M., and Ureña, A., Thermomechanically Robust Ceramic/Polymer Nanocomposites Modified with Ionic Liquid for Hybrid Polymer Electrolyte Applications, ACS Appl. Energy Mater., 2022, vol. 5, p. 4247.
  10. Li, M., Liao, Y., Liu, Q., Xu, J., Sun, P., Shi, H., and Li, W., Application of the Imidazolium Ionic Liquid Based Nano-Particle Decorated Gel Polymer Electrolyte for High Safety Lithium Ion Battery, Electrochim. Acta, 2018, vol. 284, p. 188.
  11. Khatmullina, K.G., Slesarenko, N. A., Chernyak, A.V., Baymuratova, G.R., Yudina, A.V., Berezin, M.P., Tulibaeva, G.Z., Slesarenko, A.A., Shestakov, A.F., and Yarmolenko, O.V., New Network Polymer Electrolytes Based on Ionic Liquid and SiO2 Nanoparticles for Energy Storage Systems, Membranes, 2023, vol. 13, p. 548.
  12. Slesarenko, N.A., Chernyak, A.V., Khatmullina, K.G., Baymuratova, G.R., Yudina, A.V., Tulibaeva, G.Z., Shestakov, A.F., Volkov, V.I., and Yarmolenko, O.V., Nanocomposite Polymer Gel Electrolyte Based on TiO2 Nanoparticles for Lithium Batteries, Membranes, 2023, vol. 13, p. 776.
  13. Баймуратова, Г.Р., Хатмуллина, К.Г., Юдина, А.В., Ярмоленко, О.В. Дизайн твердотельного литиевого аккумулятора c LiFePO4-катодом и полимерным гель- электролитом с наночастицами диоксида кремния. Электрохимия. 2022. Т. 58. С. 188. [Baymuratova, G.R., Khatmullina, K.G., Yudina, A.V., and Yarmolenko, O.V., Design of a Solid-State Lithium Battery Based on LiFePO4 Cathode and Polymer Gel Electrolyte with Silicon Dioxide Nanoparticles, Russ. J. Electrochem., 2022, vol. 58, p. 329.]
  14. Wu, J.-Y., Ling, S.-G., Yang, Q., Li, H., Xu, X.-X., and Chen, L.-Q., Forming solid electrolyte interphase in situ in an ionic conducting Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 – polypropylene (PP) based separator for Li-ion batteries, Chin. Phys. B, 2016, vol. 25, A. 078204.
  15. Gao, H., Xue, L., Xin, S., Park, K., and Goodenough, J.B., A plastic-crystal electrolyte interphase for all-solid-state sodium batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2017, vol. 56, p. 5541.
  16. Basile, A., Bhatt, A., and O’Mullane, A., Stabilizing lithium metal using ionic liquids for long-lived batteries, Nat. Commun., 2016, vol. 7, Article no. ncomms 11794.
  17. Budi, A., Basile, A., Opletal, G., Hollenkamp, A.F., Best, A.S., Rees, R.J., Bhatt, A.I., O’Mullane, A.P., and Russo, S.P., Study of the initial stage of solid electrolyte interphase formation upon chemical reaction of lithium metal and N-methyl-N-propyl-pyrrolidinium-bis(fluorosulfonyl)imide, J. Phys. Chem. C, 2012, vol. 116, p. 19789.
  18. Ярмоленко, О.В., Юдина, А.В., Игнатова, А.А., Шувалова, Н.И., Мартыненко, В.М., Богданова, Л.М., Черняк, А.В., Забродин, В.А., Волков, В.И. Новые полимерные электролиты состава диакрилат полиэтиленгликоля – LiBF4 – тетрафторборат 1-этил-3-метилимидазолия с введением алкиленкарбонатов. Известия АН. Сер. хим. 2015. Т. 64. С. 2505. [Yarmolenko, O.V., Yudina, A.V., Ignatova, A.A., Shuvalova, N.I., Martynenko, V.M., Bogdanova, L.M., Chernyak, A.V., Zabrodin, V.A., and Volkov, V.I., New polymer electrolytes based on polyethylene glycol diacrylate–LiBF4–1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate with the introduction of alkylene carbonates, Russ. Chem. Bull. (Int. Ed.), 2015, vol. 64, p. 2505.]

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Годографы импеданса ячеек Li//Li при 20°C с электролитами ПЭ (1), ПЭ* (2), НПЭ (3) и НПЭ* (4), где * – обработанные 1М LiTFSI в ДОЛ/ДМЭ, и соответствующая им эквивалентная схема.

Скачать (124KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Годографы импеданса ячеек Li//Li в температурном интервале от –30 до 80°C с электролитами ПЭ (а) и НПЭ (б) без обработки, с ПЭ* (в) и НПЭ* (г), обработанные 1М LiTFSI в ДОЛ/ДМЭ.

Скачать (268KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Характеристики ячеек Li//LiFePO4 с ПЭ* (1) и НПЭ* (2), где (a) профили заряда –разряда для 5-го цикла, (б) зависимость разрядной емкости катода для ячеек с ПЭ* (1) и НПЭ* (2) от номера цикла при плотности тока 17 мА/г в области 2.6–3.8 В.

Скачать (106KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024